W10.3.Al i jego stopy, Aluminium miedź i ich stopy
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ALUMINIUM I JEGO STOPY Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek metaliczny w skorupie ziemskiej - wyst. głównie w postaci licznych skaleni i skałach magmowych itp; jednak techniczne zastos. znalazł boksyt{AlO(OH)}. Al otrzymywuje się met. hydrometalurgiczną, jego własności natomiast zależą od stopnia jego czystości (rafinowany elektrolit. Al-99.995%). Własności fizyczne i mechaniczne Al przew.elektr. gęstość temp.top. typ sieci R m R e HB A [g/cm 3 ] [ o C] [MS/m] (12 syst. pślizgu) [MPa] [MPa] [%] 37.74 2.7 660 A1 70-120 20-40 15-30 30-45 Zastosowanie Al : przewody elektryczne, do produkcji stopów (lekkich- niskie R m / ) ,urządzeń dla przemysłu chemicznego i spożywczego (odporność na działanie O 2 (Al 2 0 3 ),Cl 2 ,CO 2, HS ) jako odtleniacz do redukcji różnych met. i stopów;oraz w elektrotechnice. STOPY ALUMINIUM Techniczne stopy Al - dwuskładnikowe lub wieloskładnikowe - ze względu na sposób otrzymywania dzielimy na : - odlewnicze - do przeróbki plastycznej(Rys.1) Rys.1. Fragment typowego ukł. równowagii fazowej stopów Al z zaznaczeniem zakresów stężęń stopów do przeróbki plastycznej,umacnianych zgniotowo i wydzieleniowo,oraz stopów odlewniczych. Niektóre z nich mogą być stosowane zarówno jako odlewnicze, do p. plastycznej oraz OC - tzn. utwardzania wydzieleniowego. Stopy odlewnicze Al: Zaliczamy stopy (dwu-lub wieloskładnikowe) o dużej zawartości dodatków stopowych-5 do 20%-głównie z - Si,Cu,Mg lub Ni. Siluminy Dominującą grupę odlewniczych stopów Al stanowią stopy z Si - stopy te o składzie zbliżonym do eutektycznego,nazywamy siluminami. W zależności od zawartości Si i dodatków siluminy dzielimy na: dwuskładnikowe: 1.podeutektyczne, zawierające od 4 do 10% Si 2.eutektyczne, zawierające od 10 do 13% Si 3.nadeutektyczne, zawierające od 13 do 30%Si. wieloskładnikowe Siluminy, przeważnie są wieloskładnikowe - tzn.oprócz Si- zawierają dodatki Cu, Mg,Mn(Ni); dodatki te umożliwiają znaczne polepszenie ich własności mechanicznych poprzez OC-utwardzanie wydzieleniowe. STRUKTURA I MODYFIKACJA SILUMINÓW Po odlaniu struktura siluminów zawiera grubokrystaliczną fazę - - praktycznie czysty Si (szczególnie przy wolnym chłodzeniu).Konsekwencją tego jest drastyczny spadek ich plastyczności.Celem poprawy ich własności , siluminy poddaje się procesowi modyfikacji: siluminy podeutektyczne i eutektyczne , modyfikuje się sodem ,dodawanym w postaci mieszaniny NaF,NaCl i KCl. Dodatek Na obniża temp. przemiany eutekt. oraz powoduje przesunięcie punktu eutektycznego do większego stężenia ( w prawo) - do ok.13% Si. Strukturę takiego stopu stanowi drobnoziarnista eutektyka ( z wydzieleniami drobnymi fazy siluminy nadeutektyczne, (duże wydzielenia Si modyfikuje się fosforem ,który tworzy dyspersyjne cząstki AlP-stające się heterogencznymi zarodkami krystalizacji cząstek fazy {Si}- w wyniku czego otrzymywuje się w temp. otocznia drobnokrystaliczną eutektykę (orazdrobne wydzielenia cząstek fazySio dużej dyspersji. EFEKTEM MODYFIKACJI SILUMINÓW JEST WZROST ICH WłASNOŚCI MECHANICZNYCH np: SlLUMIN EUTEKTYCZNY Własność mechaniczna przed modyfikacją po modyfikacji R m [MPa] 110 250 A10 [%] 0,1 7 zastosowanie siluminów - siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące wysoką żarowytrzymałość są stosowane na wysokoobciążone tłoki silników spalinowych. Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracującego w podwyższonej temperaturze i w H 2 O morskiej. Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle samochodowym. STOPY Al PRZERABIALNE PLASTYCZNIE Można je podzielić ze względu na podatność do OC na: 1. nie obrabialne cieplnie (wydzieleniowo) 2. obrabialnie cieplnie ( wydzieleniowo) ad. 1Stanowią je stopy Al o niedużej ilości dodatków stopowych(<5%),przeważnie jednofazowe o budowie r-ru stałego przez co charakteryzują się dużą ciągliwością w temp. otoczenia i odpornością na niektóre ośrodki korozyjne. np.Stopy z ukł. Al -Mg (2-5%) z dodatkami (Si,Mn i Cr ) zwane hydronaliami (npAlMg1,AlMg1SiMn), oraz stopy z ukł. AlMn(<2%) np.AlMn1 zwany alumanem. Zastosowanie na średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym oraz w urządzeniach przemysłu spożywczego i chemicznego a d.2 Są to stopy wieloskładnikowe - zwane duralami - oparte na ukł. równowagii: Al-Cu(3-5%) z dodatkami Mg i Mn zwane duralamin miedziowymi, Al-Mg(<1,5%) z dodatkami Si(aldrey) i Mn(anticorodal), Al-Si (ok.1%) z dodt. Cu (avia), Al-Zn(5-7%) z dodatkamiCu,Mn,Mg i Cr zwane duralami cynkowymi. Obróka cieplna durali polega na wyżarzaniu rekrystalizującym po zgniocie i utwardzaniu wydzieleniowym.Durale po OC mają wysokie własności mechaniczne-Rys.2(Durale Zn po OC: R m ok. 700MPa, A10 - 12%, czyli własności zbliżone do stali SSPW). Rys.2. Zależność stosunku naprężeń rozciągających do ciężaruwłaściwego od wydłużenia dla stali i stopow Główne ich zastosowanie w przemyśle lotniczym i samochodowym oraz na elementy maszyn i taboru kolejowego. Obróka cieplna durali - utwardzanie wydzieleniowe (na przkładzie stopów z układu Al - Cu {do ok. 5%} 1- podstawą dla przeprowadzenia procesu utwardzania wydzieleniowego jest występowanie zmiennej (granicznej) rozpuszczalności składnika stopowego, w stanie stałym 2 - proces składa się z dwóch zabiegów : przesycania i starzenia 3 - Przesycanie polega na: - nagrzaniu stopu(<5.65%Cu) do temp.>linii granicznej rozp. w stanie stałym.(solvus) Rys.3 Rys.3 Fragment układu równowagiAl - Cu - wygrzaniu w tej temperaturze - gwałtownym chłodzeniu(H 2 O lub powietrze) zawsze z szybkością > niż rozpad fazy K (przesunięcie obszaru jednofazowego do temp. otoczenia - równowaga metastabilna) 4 - starzenie ma na celu : - wydzielenie przsyconego składnika(Cu)z roztworu stałego K w odpowiednim st. dyspersji - starzenie może przebiegać samorzutnie (w temp. otoczenia) lub sztucznie (w temp.<od linii solvus) - konsekwencją tego zabiegu jest wzrost własności wytrzymałościowych stopu - w wyniku zmian zachodzących po przesyceniu w jego strukturze - uzyskiwany efekt jest funkcją temp. i czasu starzenia; im temp.procesu jest wyższa tym efekt uzyskiwany jest wcześniej, niemniej jednak jest on zawsze niższy od otrzymywanego w niższych temperaturach-Rys. 4 Rys. 4.Kinetyka procesu starzenia stopu Al. Z dodatkiem 4%Cu [ Pobierz całość w formacie PDF ] |