MATERIALE METALICE I - sim. Metalice ¢  MATERIALE METALICE Curs 7 ALUMINIUL . ALUMINIUL - Al treilea

  • View
    3

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of MATERIALE METALICE I - sim. Metalice ¢  MATERIALE METALICE Curs 7 ALUMINIUL . ALUMINIUL -...

  • 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