MATERIALE METALICE I - sim.utcluj.ro Metalice 7.pdf · constructii + electrotehnica 9.1%; menaj 8%; masini si echipamente 5.9% . ... (turnare in forme metalice) ALIAJE DE TURNATORIE

MATERIALE METALICE

Curs 7

ALUMINIUL

ALUMINIUL

- Al treilea element ca raspandire (dupa O si Si)

- Cel mai utilizat metal dupa Fe

- Extractie: din compusi, in final electrolitic

Ex. Procedeul Bayer

bauxita >>> (rafinare) alumina >>> (dizolvare) alumina dizolvata

>>> (electrolitic) Al [catod] + O [anod, reactie cu C]

- Productie mondiala: 22.8%SUA, 21.7% Europa

- Produse: table, folii 50.9%; lingouri 19.4%; profile extrudate, tevi 16.7%; altele (conductori, fire, pulberi) 13%

- Ramuri economice (SUA): ambalaje 27.4%; transporturi 21.1%; constructii + electrotehnica 9.1%; menaj 8%; masini si echipamente 5.9%

ALUMINIUL

Metal usor – ρ = 2.7 x 103 kg/m3, grupa III

Ttopire = 660˚C, c.f.c. (a = 0.404 nm) fara transformari alotropice

>>> f. ductil

Clase de puritate:

- puritate tehnica (0.15 – 1% impuritati): pentru pulberi, materii prime, piese deformate (inclusiv conductori)

- inalta puritate (0.005 – 0.05% impuritati): pentru armaturi de condensator

- extrapur (max. 0.001% impuritati): pentru tehnica nucleara, …

Proprietati mecanice:

E = 66 GPa; Rm = 50-180 MPa

(in functie de grad de ecruisare si continut de impuritati)

ALUMINIUL

Proprietati electrice

ρ0 = 2.3 – 2.5 μΩ cm (recopt, mare puritate);

Daca Fe / Si = 2-3 >>> ρ nu se modifica

Proprietati termice

Conductivitate termica: λ = 234 W / mK (Ag: 419, Cu: 394)

Coef. dilatare termica: αAl = 23.8 x 10-6 ˚C-1

(αCu = 16.47 x 10-6 ˚C-1)

ALUMINIUL

Rezistenta la coroziune

Afinitate mare fata de oxigen; formeaza oxizi amfoteri

In atmosfera: protejat complet de pelicula oxidica

aderenta/ impermeabila/ stabila chimic;

aprox. 10 nm grosime

Mg si Si dizolvate: accelereaza oxidarea / scad aderenta stratului

>>> puncte de activare a coroziunii

Rezista: atmosfere corozive, acizi organici, apa (si de mare), H2SO4 fumans !!!

Intre 0-100˚C nu se corodeaza in apa

(se formeaza pelicula de boehmit = Al2O3 x H2O)

Peste 100˚C grosimea boehmit-ului creste >>> exfoliere (+ intergranular)

Adaos 0.5%Fe + 0.5%Ni >>> rezista in vapori de apa pana la 350˚C

Imbunatatire: anodizare (eloxare) – creste si rezistenta la uzare

ATENTIE: cuplu electrolitic cu alte metale!!!

ALUMINIUL

Proprietati tehnologice

Se deformeaza usor: 75-95% reducere de sectiune

Aschiere grea (depuneri pe cutit) >>> unghi invers de degajare

Se lustruieste bine

Tturnare = 710-730˚C; tcritic recristalizare = 150˚C

(pt. Al de mare puritate: 60˚C; Al extrapur: t. ambianta)

Contractie turnare: 1.7%

Dilatare topire: 6.5%

ALUMINIUL

Impuritati – de neinlaturat Fe, Si (bauxita)

Fe : insolubil,

formeaza eutectic degenerat Al + Al3Fe

(intergranular, fragilizeaza)

Pt. eliminarea efectului negativ al Fe:

racirea rapida la turnare; introd. Mn, Cr, Ti, Co

ALUMINIUL

Si: nu formeaza singur compusi

(Fara Fe): creste turnabilitatea

Creste tendinta de fisurare la cald (<3%)

Tendinta dispare la >3% sau Fe>Si

ALUMINIUL

O: oxizi Al2O3 (alumina), foarte stabil

>>> nu se oxideaza suplimentar in O pur

Al2O, AlO

H: provoaca porozitatea pieselor turnate (absorbtie in baia topita)

2Al + 3H2O(vapori) → Al2O3 + 3H2 ; 3H2→ 6H

Solubilitate mica in solid (impiedicat de stratul oxidic);

crescuta de Mn, Ni, Mg

Solubilitate mult crescuta in lichid

ATENTIE: elaborarea in vid!!!

ALUMINIUL

Utilizare tehnica (nu aliat)

- placare pe aliaje mai putin rezistente la coroziune (duralumin)

- industria chimica

- cabluri electrice, folii,…

- armaturi condensator, oglinzi telescop, vase,…

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. CLASIFICARE

A. Dupa natura aliajelor Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg; Al-Cu, Al-Cu-Mg-Mn, …

B. Dupa tehnologia de obtinere a produselor de turnatorie

deformabile - nu se intaresc prin TT

- se intaresc prin TT

Aliajele de turnatorie complexe: cantitate maxima / nr. maxim de elemente de aliere

1 – deformabile la rece;

2 – deformabile la cald

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. CLASIFICARE

C. Dupa proprietati / domeniu de utilizare (pt. aliajele speciale)

- antifrictiune – rezistenta la oboseala, uzare sub ungere limita, coroziune in lubrifianti, conductivitate termica,…

Al-Sb-Pb-Mg, Al-Sn-Cu-Ni,…

- pt. pistoane – rezistenta si duritate la 300˚C, stabilitate dimensionala, conductivitate termica, rezistenta la uzare, densitate mica, …

aliaje complexe Al-Si + Cu, Ni, Mg, Mn, …

- inalt rezistente la coroziune – cel mai bine Al-Mg + eloxare

- pentru aeronautica – usoare / rezistente + tenace

Aliaje cu Li, Mg, Zn – Cu, …

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU

MODIFICAREA ALIAJELOR = Schimbarea caracteristicilor structurii primare

(pt. imbunatatirea proprietatilor)

I: micsorarea dimensiunii grauntilor dendritici

Aplicata la Al tehnic / aliaje monofazice;

metale greu fuzibile (Ti, Ta,Zr…) – compusi prin reactie peritectica

II: schimbarea structurii interne a grauntilor dendritici primari

>>> acentuarea ramificarii + subtierea ramurilor dendritice

(Aliaje Al – Mg)

III: schimbarea morfologiei si finetii eutecticelor

(Aliaje Al – Si)

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. MODIFICAREA

Modificarea de ordinul I: esentiala la Al tehnic si aliajele monofazice datorita tendintei mari de formare de cristalite columnare grosolane

Se introduc modificatori pt. germinare eterogena

(adausurile usor fuzibile ineficiente): Particule greu solubile

– metale de tranzitie cu reactivitate mare (Ti, Ta, Zr, V,…)

In general au loc reactii peritectice (exceptie: B);

concentratia optima la inceputul palierului peritectic

>>> dispersie fina de compusi in relatie epitaxiala cu Al

>>> imbunatatirea proprietatilor mecanice + uniformizare structurala

peste valoarea optima >>> compusi in cantitate mare

(pierderea efectului)

Ex. 34 4334 AlClTiTiClAl LTiAl3

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. MODIFICAREA

Al-1.3%Mn

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)

Aliaje de turnatorie: buna turnabilitate, temperatura joasa de topire, turnare usoara

α: max. 1.65% / 577˚C; 0.005% / 20˚C

[β – solutie solida / Si ???];

Si – f.fragil!

Eutectic: 577˚C, 11.7%


Structura unui aliaj Al-Si cu 11-13.5%Si


~ 5-6% Al: ductilitate mare;

rezistenta scazuta;

compactitate mare;

~ 12%Si: proprietatile mecanice

optime dupa modificare

(turnare in forme metalice)


General: Turnabilitate foarte buna,

proprietati mecanice relativ scazute

Nu sunt permeabile pt. gaze (si lichide); se pot suda oxiacetilenic; Insensibile la fisurarea la cald

Rezista bine la coroziune datorita peliculei SiO2 x H2O

>>> inlociutor pentru otel turnat / fonte de turnatorie (~)

Eutecticul: 3 variante de cristalizare

Lamelar (normal) – fragil

Radial, acicular – la continut mare de P sau submodificare

Fibros – dupa modificare


Aliaj cu 12% Si (ATSi12) Nemodificat: Rm=140MPa; A=3%

Modificat: Rm=250MPa; A=4%

Modificator: Na, Sr (tensioactivi);

efect optim pt. 0.01 – 0.02% Na asimilat

Peste 0.02%Na – supramodificare

>>> eutectic ternar Al-Si-(NaAl)Si1.25-2 la limitele d graunte

Practic: NaF (Ttopire=980˚C) + NaCl, KCl, …

Modificare corecta >>> eutectic fin, fibros, repartizat uniform;

t. eutectica scade la 567˚C; concentratia eutectica creste;

Si primar → α (pentru aliaje cu max. 13.5% Si)


Silumin cu 12% Si modificat



Efectul modificarii cu Na in diagrama Al-Si

Racire rapida (turnare in cochila) pt. piese cu pereti subtiri – efect similar modificarii


Siluminuri complexe

Aliere cu elemente care formeaza cu Si / Al faze solubile in α

>>> durificare prin precipitare

Cele mai indicate elemente: Mg, Cu, Mn, Zn, …

Aliaje Al-Si-Mg

Se formeaza compusii Mg2Si si Al8Mg5

Diagr. ternara Al-Mg-Si - doua sisteme secundare:

Al- Mg2Si-Si, eutectic E1 :

Al- Al8Mg5-Mg2Si, eutectic E2 :

La intersectia liniilor eutectice: eutectic cvasi-binar

E0 = α + Mg2Si (595˚C, 11.7% Mg2Si)

),%97.4,%6.14(1

558

1 AlrestMgSiEL C

E

)%07.0,%89.33(258

448

2 SiMgSiMgMgAlL C

E


Siluminuri complexe


Siluminuri complexe

La 500˚C: max. 0.6-0.8%Mg dizolvat

>>> in aliajele cu 7-8%Si nu mai mult de 0.6%Mg

(mai mult Mg creste durata de omogenizare si continutul de gaze dizolvate – vezi aliajele Al-Mg)

>>> in general adausuri de 0.3 – 0.4% Mg

Prin adaus Mg: micsorarea tendintei de formare de retasura, proprietati mecanice mai bune dupa T.T. (Rm x 1.2; A x 2) , rezistenta buna la coroziune (scade prin adaos de Cu)

Ex. pt. auto / aero – 7%Si, 0.3%Mg, rest Al

Omogenizare 450˚C / 12h; calire apa + imbatranire 155˚C / 6h

Rmmin=280MPa; Rp0.2min=210MPa; Amin=10%


Siluminuri complexe

Adaos suplimentar de Cu: creste efectul T.T.;

creste rezistenta mecanica / scade rezistenta la coroziune si ductilitatea

>>> blocuri motoare, carcase de compresor, …

Adaos 0.1-0.9%Te >>> creste mult plasticitatea

Adaos Ti (max.1%) >>> finisarea structurii

>>> Rm pana la 360MPa pt. 12%Si, 1%Mg


Siluminuri complexe

Al – Si – Cu

Cu: Creste turnabilitatea, rezistenta mecanica, aschiabilitatea,

refractaritatea;

Scade rezistenta la coroziune !!!


Siluminuri complexe

Eutectic ternar: 5.8%Si, 26.6%Cu / 520˚C

Aliajele industriale: 3-13%Si; 2-6%Cu

(continuturi mici de Si – culori stralucitoare dupa eloxare)

Ex. 5%Si, 3%Cu, turnat in cochila, calit+imbatranit:

max. Rm=250MPa; A=2%

Aliajele Al-Si-Cu-Mg (Ni): piese la solicitari mari si temperaturi inalte

(pistoane, blocuri motoare)

Al – Si – Ni: rezistenta la temperaturi mai inalte si la coroziune in gaze

Pentru pistoane / blocuri motoare

Al – Si – Mn: fluiditate foarte buna; rezistivitate mare (ρ=10 μΩ cm).

Pentru rotoarele turnate ale motoarelor asincrone

AlSi12NiCuMg

Documents

MATERIALE METALICE I - sim.utcluj.ro Metalice 7.pdf · constructii + electrotehnica 9.1%; menaj 8%; masini si echipamente 5.9% . ... (turnare in forme metalice) ALIAJE DE TURNATORIE