Post on 23-Oct-2020
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% 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%
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
Structura unui aliaj Al-Si cu 11-13.5%Si
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
~ 5-6% Al: ductilitate mare;
rezistenta scazuta;
compactitate mare;
~ 12%Si: proprietatile mecanice
optime dupa modificare
(turnare in forme metalice)
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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)
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
Silumin cu 12% Si modificat
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
Efectul modificarii cu Na in diagrama Al-Si
Racire rapida (turnare in cochila) pt. piese cu pereti subtiri – efect similar modificarii
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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(1558
1 AlrestMgSiELC
E
)%07.0,%89.33(258448
2 SiMgSiMgMgAlLC
E
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
Siluminuri complexe
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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%
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
Siluminuri complexe
Al – Si – Cu
Cu: Creste turnabilitatea, rezistenta mecanica, aschiabilitatea,
refractaritatea;
Scade rezistenta la coroziune !!!
ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)
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