W10 Aluminium i stopy, Transport ZUT, rok 2, Nauka o materiałach
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Wykład 10: ALUMINIUM I STOPY ALUMINIUM 1. Aluminium Aluminium (symbol chemiczny Al) jest metalem o bardzo dużym znaczeniu w technice. Inna na- zwa glin. Występuje w przyrodzie w wielu minerałach i jest trzecim, po tlenie i krzemie, pierwiast- kiem pod względem udziału w skorupie ziemskiej. Jego główna ruda jest boksyt, z którego wytwa- rza się czysty tlenek Al 2 O 3 , a następnie przez elektrolizę tlenku rozpuszczonego w stopionym krio- licie (fluoroglinian sodu) otrzymuje się aluminium hutnicze. Następnie jest ono poddawane dalszej rafinacji, czyli oczyszczaniu. Aluminium wytwarza się w 19 gatunkach o różnym stopniu czystości od 99,99 % do 99,0 %. Właściwości czystego aluminium. Aluminium należy do tej samej grupy metali co bor, skand, itr, lantan, aktyn, neodyn – wszystkie one są bardzo mało trwałe i nie występują w stanie wolnym w przyrodzie. Liczba atomowa aluminium wynosi 13; a jego masa atomowa 26,9815. Krystalizuje w sieci regu- larnej. Temperatura topnienia czystego aluminium wynosi 660,37 o C, a wrzenia 2894 o C. Gęstość aluminium wynosi 2,6989 kg/dm 3 . Jest dobrze obrabialne plastycznie. Ma średnie właściwości wy- trzymałościowe. W stanie wyżarzonym jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi R m =70-120 MPa. W stanie zgniotu (60-80%) wytrzymałość wzrasta i wynosi R m =140-230 MPa. Aluminium dobrze przewodzi ciepło. Aluminium ma wysoką przewodność elektryczną, stanowiąca około 65% przewodności elektrycz- nej miedzi. Podobnie jak w przypadku miedzi przewodność ta szybko zmniejsza się wraz ze zwięk- szeniem stopnia zanieczyszczeń aluminium i jego domieszek, takich jak Fe i Si, a także Cu, Zn i Ti. Pierwiastki te jako domieszki powodują także zmniejszenie plastyczności aluminium, lecz zwięk- szają jego wytrzymałość. Dodatek Fe powoduje kruchość aluminium Aluminium wykazuje dużą odporność na korozję . Na powietrzu suchym pokrywa się cienką war- stwą Al 2 O 3 , chroniąca przed korozją atmosferyczną, działaniem wody słodkiej, stężonego kwasu azotowego, licznych kwasów organicznych a także siarkowodoru. 1/3 Kwasy redukujące HCl i HF oraz woda morska, pary i jony rtęci powodują przyśpieszenie korozji aluminium. W celu polepszenia odporności na korozje aluminium jest poddawane anodowaniu , tj. elektroli- tycznemu procesowi wytwarzania cienkiej powłoki tlenkowej w roztworze 10% kwasu siarkowego, połączonemu z barwieniem powierzchni na różne kolory. Zastosowanie aluminium Czyste aluminium jest stosowane do produkcji stopów oraz do licznych wyrobów codziennego użytku, urządzeń dla przemysłu spożywczego, na niektóre przewody elektryczne, wymienniki cie- pła, w budownictwie, w postaci folii – na opakowania artykułów spożywczych. Aluminium rafino- wane jest stosowane w elektrotechnice i elektronice oraz do budowy specjalnej aparatury chemicz- nej. 2. Klasyfikacja stopów aluminium Stosunkowo niskie właściwości wytrzymałościowe aluminium można zwiększyć, i to nawet kilka- krotnie, przez wprowadzenie pierwiastków stopowych oraz obróbkę cieplna stopów. W porównaniu ze stalami stopy aluminium charakteryzują się znacznie mniejsza masa, a w niskiej temperaturze – większą udarnością. Ze względu na sposób wytwarzania stopy aluminium dzielimy na: - stopy do obróbki plastycznej, - stopy odlewnicze. Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle około do 5% pierwiastków stopowych, naj- częściej Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Odlewnicze stopy aluminium są zwykle wieloskładnikowe, o zawartości pierwiastków sto- powych w dużym stężeniu, od 5% do 25%. Głównie są to Cu, Si, Mg, Zn i Ni lub ich różne zesta- wienia. Stopy Al. Odznaczają się dobrą lejnością i małym skurczem. Stopy aluminium z krzemem, zwane są siluminami , zawierają od 2 do 30% Si. Krzem zapewnia rzadkopłynność oraz lejność i mały skurcz odlewniczy. Stosowane są także wieloskładnikowe stopy aluminium z krzemem. Zastosowanie siluminów. Na denka tłoków i tłoki silników spalinowych. Silnie obciążone elemen- ty dla przemysłu okrętowego i konstrukcji elektrycznych, pracujące w wodzie morskiej i w pod- wyższonej temperaturze. Wieloskładnikowe stopy Al z Si stosuje się m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle maszynowym. 2/3 Stopy aluminium z krzemem są również produkowane dla celów obróbki plastycznej, np. przez kucie lub prasowanie na silnie obciążone elementy lotnicze, elementy pojazdów mechanicznych, elementy głęboko tłoczone i kute o złożonym kształcie. 2. Stopy aluminium z magnezem Aluminium (Al) tworzy z magnezem (Mg) roztwór stały o rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury. Stosuje się odlewnicze stopy aluminium z magnezem, jako najczęstsze stopy odlewnicze (obok siluminów). Stopy aluminium z magnezem wykazują największą spośród wszystkich stopów aluminium odpor- ność na korozję. Własności odlewnicze są jednak gorsze od siluminów. Stopy Aluminium z Mg zawierają zwykle także inne dodatki stopowe: Si, Cu, Mn lub Cr. Zn i Ti, także Be i niekiedy Li. Odlewnicze stopy aluminium z magnezem znajdują zastosowania na odlewy wytrzymałe, o dużej odporności na korozję wody morskiej, np. na armaturę okrętową, elementy aparatury chemicznej i elementy dekoracyjne, a także silnie obciążone i narażone na uderzenia. 3/3 Stopy aluminium o obróbki plastycznej , z dodatkiem magnezu, zwane są hydronaliami (hydro- nalium). Stopy te stosowane są na elementy konstrukcji okrętowych, średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych, w przemyśle spożywczym i chemicznym, a także na puszki do napojów. Stopy aluminium z miedzią stosowane są jako stopy odlewnicze i zawierają do 5% Cu. Są one stosowane na średnio i bardzo obciążone elementy samochodów i maszyn. Stopy aluminium z miedzią i magnezem oraz niewielkim dodatkiem Mn albo Fe lub Si są nazywane duraluminium lub duralami miedziowymi. Są one stosowane do obróbki plastycznej, do produk- cji blach, taśm, prętów i kształtowników. Są stosowane na konstrukcje lotnicze, w kolejnictwie, przemyśle samochodowym, a także w budownictwie, ich zastosowanie jest jednak ograniczone ze względu na małą odporność na korozję. Durale cynkowe to stopy aluminium z cynkiem. Są stosowane jako stopy odlewnicze i do obróbki plastycznej. Stosuje się je w przemyśle lotniczym, samochodowym, do taboru kolejowego, i róż- nych elementów maszyn. Inne stopy aluminium , to stopy aluminium z manganem (o dużej odporności korozyjnej w agre- sywnych środowiskach), z żelazem, z litem (stop jest lekki i wytrzymały) – stosuje się je na nowo- czesne konstrukcje lotnicze, 4/3 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |