Aliaje de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor

Dintre aliajele pe bază de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor, cele mai utilizate sunt

aliajele Al-Al203 cunoscute sub denumirea de aliaje de tip SAP. Aliajele SAP sunt alcătuite

dintr-o matrice de aluminiu în care sunt dispersate particule de Al203. Proporţia de Al203

variază de la 6-9%(SAP1) până la 18-20%(SAP4). Odată cu creşterea conţinutului în Al203

creşte rezistenţa la rupere de la 30-32 daN/mm2, la 44-46 daN/mm2 şi scade alungirea de la 5-

8 la 1,5-2%. Aliajele de tip SAP în comparaţie cu celelalte aliaje de aluminiu au o înaltă

rezistenţă la coroziune şi refractaritate ridicată, sunt utilizate în industria chimică şi

aeronautică.

Tot prin metalurgia pulberilor se pot obţine piese din aliaje a căror elaborare sau deformare

este foarte dificilă. în această categorie sunt cuprinse aliajele de tip SAS, aliaje ale

aluminiului cu: Fe, Si, Ni, Mg, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Be, Sn, Pb. De exemplu, aliajul SAS1 cu

25-30% Si şi 5-7% Ni are coeficient de dilatare mic şi conductibilitate termică scăzută.

Aliajele Al-Zn-Mg-Cu-Fe-Ni-Cr cu 7,5%Zn, 2,5%Mg, 1,1 %Cu, 1,1-2,2%Fe, 1-2,3%Ni şi

0,2%Cr au rezistenţă mecanică ridicată, sunt refractare, au rezistenţă la coroziune ridicată şi

proprietăţi antifricţiune. Prin metalurgia pulberilor se pot obţine şi aliaje ale aluminiului cu

Si02, SiC, B4C, AIPO4. De exemplu, aliajele aluminiului cu bor sau carbură de bor sunt

utilizate pentru obţinerea unor bare moderatoare de la reactoarele nucleare.

Materiale compozite pe bază de aluminiu

Aluminiul şi aliajele sale sunt utilizate şi pentru obţinerea unor materiale compozite. Aceste

materiale se pot obţine prin mai multe metode: solidificarea unidirecţională a aliajelor

eutectice bifazice, cum ar fi AI-NiAI3, CuAI2-AI, Al-Co, Al-Be, includerea unor fibre de bor,

B4C, Be, grafit, Nb, Al203, oţel, Si02, SiC într-o matrice de aluminiu sau aliaje pe bază de

aluminiu; la laminarea multistrat a aluminiului cu cadmiu şi staniu.

Extragerea aluminiului prin electroliza aluminei

Alumina pură, este supusă electrolizei în mediu topit în vederea obţinerii aluminiului.

Alumina dizolvată în criolit topit este supusă acţiunii unui curent electric continuu, la 940-

960°C, fiind descompusă în aluminiu şi oxigen - reacţia generală este:

AI203=2AI+3/202

La catod se va depune aluminiul metalic, iar la anod se degajează 02 care reacţionează cu

anodul. Principalele teorii ale electrolizei aluminiului sunt:

a) elecroliza fluorurii de sodiu cu următoarele reacţii secundare:

- la anod: 6F+AI203—►2AIF3+3/202 sau: 12F+30+2AI203—>3C02+4AIF3 sau: 4F+C

—>CF4

3CF4+2AI203—>3C02+4AIF3

- la catod: 3Na+2AIF3^AI+AIF3*3NaF sau: 6Na+AI203—>2AI+3Na20

3Na20+2AIF3—>AI203+6NaF

b) electroliza fluorurii de aluminiu cu depozit primar de aluminiu la catod şi reacţia

fluorului asupra aluminei la anod;

c) electroliza criolitului disociat în ionii Na+ şi AIF63‘ şi a aluminei parţial disociate în

ionii Al3+ şi AI033';

d) electroliza sodei care există în stare ionizată ca urmare a reacţiei:

AI203+6NaF—>2AIF3+6Na++302'

e) electroliza aluminatului de sodiu format după reacţia:

2AI203+AIF3*3NaF—►2AIF3+3/2AI204Na2 Majoritatea acestor teorii admit formarea

primară a C02 la anod.

Rafinarea aluminiului

Aluminiul obţinut prin electroliza aluminei nu depăşeşte puritatea de 99,5...99,85% Al; el

conţine o serie de impurităţi metalice şi nemetalice; pentru eliminarea acestor impurităţi se

practică rafinarea clorurantă şi cea electrolitică.

Rafinarea clorurantă

Se urmăreşte îndepărtarea magneziului, sodiului, potasiului şi a incluziunilor nemetalice. Prin

creuzetul cu metal topit se barbotează un curent de clor care îndeplineşte funcţii multiple:

separă metalele respective sub formă de cloruri; degazeifică metalul dacă acesta e solubil;

antrenează suspensiile de alumină cu ajutorul clorurii de aluminiu, care rezultă în stare

gazoasă. Spre sfârşitul operaţiei se introduce azot pentru a se răci baia şi a se elimina urmele

de clor care ar putea rămâne în topitură.

Rafinarea electrolitică

Rafinarea se realizează în topitură de fluoruri şi este cunoscută sub denumirea de rafinare

între straturi. Procesul se desfăşoară la 850...920°C, temperatură necesară ca toate cele trei

straturi să fie în întregime topite. La baza celulei de electroliză se introduce topitură de

aluminiu care urmează să fie rafinată prin adaos de cupru (25...35%), acest strat având o

grosime de 60...70mm. Acest electrolit conţine 60%BaCI2, 23%AIF3 şi 17%NaF. Cel de-al

treilea strat este format din aluminiu rafinat în stare lichidă, care se colectează la suprafaţa

băii. Stratul metalic inferior formează anodul, cadodul fiind constituit de stratul superior al

aluminiului rafinat. Curentul este adus prin bare metalice încastrate în zidăria vetrei. Se

lucrează cu curent continuu, de mare intensitate (până la 45 000A), cu o tensiune de 6...7V şi

densitate de curent de 0,5A/cm3.

Sudarea aluminiului şi aliajelor de aluminiu

Procedeul de sudare cu flacără este larg folosit la sudarea aluminiului şi a aliajelor acestuia.

în cazul folosirii unei flăcări puternice se pot produce străpungeri, deoarece aluminiul are o

temperatură de topire mult mai joasă decât aliajele din aluminiu. Pentru sudare se recomandă

ca flacăra să aibă un foarte mic exces de acetilenă (care produce formarea oxidului de

aluminiu). Oxidarea aluminiului influenţează negativ calitatea sudurii şi în general a

produsului din aluminiu sau aliaj de aluminiu.

Pentru sudarea aluminiului se fabrică numeroase mărci de fluxuri pe bază de clorură sau

fluorură de litiu. O compoziţie corespunzătoare cuprinde 79% clorură de potasiu, 16% clorură

de sodiu şi 5% acid de potasiu. Piesele se vor degresa şi decapa complet înainte de sudare pe

o porţiune de 30mm de la marginile tablelor. După sudare tablele trebuie curăţate bine de flux

deoarece fluxurile provoacă coroziuni.

Compoziţia metalului de adaos se stabileşte în funcţie de cea a metalului de bază, după cum

urmează:

vergele de aluminiu pur pentru sudarea construcţiilor electrotehnice (conductoare, contacte);

vergele turnate din aliaj de aluminiu-siliciu pentru sudarea pieselor turnate din aluminiu sau

aluminiu-siliciu; vergele de aluminiu-magneziu şi aluminiu-titan pentru sudarea construcţiilor

din aceste aliaje;

- vergele din aluminiu-cupru pentru sudarea duraluminiului.

în cazul când nu se dispune de material de adaos corespunzător se decupează fâşii din

materialul de bază. Sudarea tablelor cu margini răsfrânte se execută prin metoda spre stânga,

fără oscilaţii transversale. Sudarea cap la cap la grosimi de tablă până la 5 mm se execută tot

spre stânga, însă arzătorul se ţine la început aproape în poziţie verticală până la formarea băii

de sudură. Această metodă poate fi folosită şi la grosimi reduse de material, fără oscilaţii

transversale.

în cazul când în timpul sudurii se produce un defect, se opreşte sudarea, se scobeşte locul

defect şi se reîncepe sudarea pe o lungime redusă a sudurii efectuate, spre a fi siguri că

defectul a fost înlăturat. După răcirea completă, linia de sudură se cură ă şi se spală cu apă

fierbinte. Piesele turnate se sudează cu preîncălzire la 300°C, iar după sudarea completă se

supun unei recoaceri foarte uniforme la temperatură de 500°C, urmate de o răcire foarte lentă.

Sudarea în mediu de gaz protector

Aliajele de aluminiu, în principiu, pot fi sudate în atmosferă protectoare de argon; trebuie însă

să se ţină seama că rezistenţa elementelor sudate se reduce în zona influenţată termic la cea a

metalului de bază în stare moale. Alegerea procedeului se face în funcţie de grosimea tablei

sau a elementelor de sudare.

Procedeele de sudare în atmosferă protectoare au faţă de alte procedee avantajul că pelicula

de oxid este distrusă de efectul de curăţire a arcului. Efectul de curăţire a băii este determinat

de polaritatea curentului. Acest efect are loc numai dacă se sudează în curent continuu, cu

electrodul la polul pozitiv sau în cazul sudării cu curent alternativ. Amorsarea arcului la

sudură în atmosferă inertă este foarte uşoară. Arcul de sudură în argon are, datorită lungimii

şi stabilităţii lui asigurate de ionizarea uşoară a gazelor, avantaje mari faţă de arcul în aer cu

alte gaze.

Acest procedeu mai are marele avantaj că poate fi aplicat la sudarea în orice poziţie. Tablele

până la 2 mm se pot asambla prin răsfrângere şi se sudează fără material de adaos. Cele

cuprinse între 6 şi 10 mm sau cele mai groase se sudează în V, tablele cu grosimea de peste

10 mm se sudează în X sau în U. Pentru evitarea polilor atât tablele cât şi electrozii trebuie să

fie curaţi, lipsiţi de grăsimi şi umezeală.

în vederea sudării, tablele se asamblează pe cât posibil fără prinderi, cu ajutorul dispozitivelor

de prindere în poziţia dorită, ţinându-se seama de dilatări şi contracţii. Tablele până la

grosimea de 4 mm nu trebuie preîncălzite. Sudarea se va începe tot la 50-60 mm de la capătul

tablelor.

în tabelul 1 se dau valorile orientative pentru alegerea caracteristicilor de sudare.

Tabelull.

Valorile caracteristicilor de sudare a tablelor din aliaj de aluminiu

Grosimea

materialelor

,

Intensitatea

curentului,

A

Diametrul

electrodului

,

Debit de

argon, l/m

in

Diametrul

sârmei de

adaos, mm

Viteza de

sudare,

mm/min

1 40-50 1 4-6 - 4002 80-90 1,6 4-5 2 300-2503 120-140 2,4 6-7 2-4 260-3006 220-340 4 8-10 4 200-2508 300-350 4,8 12 4-5 120-140Pentru poziţia verticală sau pe plafon, intensitatea curentului se reduce cu circa 10%.

Sudarea aluminiului şi a aliajelor sale în mediu de argon cu electrod fuzibil se aplică în

sudarea tablelor cu grosimi de peste 4 mm; totdeauna se sudează cu curent continuu legându-

se piesa de polul negativ. Procedeul este foarte potrivit pentru mecanizare şi automatizare.

Productiviatea este foarte mare datorită unei încărcări specifice cu curent mare, cuprinsă între

50 şi 100 A/mm2.

Aliaje de aluminiu pentru turnătorie şi deformabile

Producerea aliajelor de aluminiu este relativ recentă, majoritatea materialelor fiind introduse

în anii 1900. Aliajele de aluminiu care sunt potrivite pentru turnătorie conţin până la 15%

siliciu, plus cantităţi mai mici de metale precum cuprul, fierul, nichelul şi zincul. Printre

articolele turnate din asemenea aliaje uşoare se numără blocurile de cilindri de motor şi

componentele pentru motoare şi fuzelaje de aeronave.

Aliajele de aluminiu potrivite pentru alte procese de modelare precum forjarea, laminarea şi

trefilarea, conţin până la 7% magneziu şi circa 1% mangan. Aliajele foarte puternice de acest

tip, cu o utilizare largă în aviaţie, se obţin cu circa 5% zinc şi cantităţi mai mici de cupru,

magneziu şi mangan.

Duraluminiu

Una dintre cele mai importante descoperiri în evoluţia aliajelor de aluminiu a fost un efect

cunoscut sub numele de durificare prin îmbătrânire. Acesta a fost observat de metalurgul dr.

Alfred Wilm. în 1909, Wilm experimenta cu un aliaj de aluminiu ce conţinea 3,5% cupru şi

0,5% magneziu. El a încercat să facă aliajul să devină mai dur prin forme variate de tratare

termică, inclusiv încălzirea la aproximativ 500°C şi aruncarea ulterioară în apă pentru a se

răci repede.

Efectul imediat al acestui tratament a fost redus, dar după câteva zile Wilm a descoperit că

materialul devenise mult mai dur, deşi nu fusese supus unui tratament ulterior. Motivele nu

au fost imediat înţelese, dar aliajul care a devenit cunoscut sub numele de duraluminiu a fost

curând folosit la dirijabile şi avioane. în prezent, aceste aliaje sunt folosite şi pentru navele

spaţiale. Compoziţia lor variază, dar în mod obişnuit aliajele constau dintr-o bază de aluminiu

cu 3,5%-4,5% cupru, câte 0,4%-0,7%magneziu şi mangan şi până la 0,7% siliciu.

CAP. II. GENERALITĂŢI DESPRE TRATAMENTE TERMICE

TRATAMENTE TERMICE. DEFINIŢIE. CLASIFICARE

Sunt procedee tehnologice care constau în încălziri şi menţineri la anumite

temperaturi urmate de răciri cu viteze determinate, în cursul cărora au loc transformări

structurale ce produc la rândul lor modificări corespunzătoare ale proprietăţilor tehnologice şi

de exploatare ale materialelor metalice.

După proprietăţile pe care le determină, tratamentele termice se clasifică în:

- tratamente termice preliminare (primare, intermediare);

- tratamente termice finale (secundare).

După structura obţinută, tratamentele termice pot conduce la structuri de echilibru (stabile)

—> recoacerile, sau structuri în afară de echilibru (metastabile) —> căliri. La rândul lor,

structurile în afară de echilibru (de călire) pot fi readuse către starea de echilibru prin

tratamentul termic de revenire. în cazul aliajelor călite pentru punerea în soluţie, readucerea

spre echilibru se realizează prin tratamentul termic de îmbătrânire.

De regulă, recoacerile sunt încadrate în grupa tratamentelor termice preliminare, iar călirile şi

revenirile alcătuiesc grupa tratamentelor de îmbunătăţire şi reprezintă tratamente termice

finale.

Tratamentul termic cu ajutorul căruia se modifică intenţionat compoziţia chimică a stratului

superficial este denumit tratament termochimic în cazul metalelor se aplică numai

tratamentul de recoacere, aliajele putând suferi o multitudine de tratamente termice.

Tratamentele termice de recoacere pot fi:

1) fără transformări de fază (recoacerile de detensionare, omogenizare, recristalizare)-,

2) cu transformări de fază (recoaceri pentru remedierea sau regenerarea structurilor

defectuoase şi recoacerile de globulizare).

Călirile sunt tratamente termice care aduc materialul într-o stare în afară de echilibru. Se

aplică pentru creşterea rezistenţei şi a durităţii materialului. Sunt realizate prin încălzirea la

temperaturi ridicate şi apoi răciri rapide în apă, apă cu gheaţă, apă cu saramuri, ulei etc.

Deoarece în urma călirii scade plasticitatea, apar tensiuni interne, este nevoie ulterior de

revenire şi de îmbătrânire, care aduc materialul într-o stare apropiată de echilibru.

Cel mai simplu tratament termic constă în încălzire, menţinere şi răcire, lucru observabil pe o

diagramă temperatura (CT), timp (t), numită diagramă de tratament termic (fig. 2.1).

Nu oricare material (aliaj) poate suferi tratamente termice. Este necesar ca diagrama

de echilibru a aliajului să conţină linii sau curbe solvus (de variaţie de solubilitate şi/sau

transformări polimorfe (alotropice).

Clasificarea aliajelor în funcţie de compoziţie şi din punct de vedere tehnologic pe o

diagramă de echilibru fazic având componentele parţial solubile în stare solidă şi o

transformare eutectică este prezentată în figura 2.2.

Aliajele din domeniul © sunt deformabile şi nu suferă transformări termice (nedurificabile

prin tratament termic).

Aliajele din domeniul © (de sub curba solvus - e-if,) sunt deformabile şi pot fi tratate termic

(durificabile prin tratament termic).

Aliajele din domeniul ® sunt aliaje de turnătorie (având temperaturile de topire cele mai

scăzute).

CAP. III. TRATAMENTE TERMICE APLICATE ALIAJELOR DE ALUMINIU

RECOACEREA DE STABILIZARE

Pentru piese de precizie se practică aplicarea de tratamente de stabilizare înaintea

prelucrărilor prin aşchiere Tratamentul de stabilizare constă în încălzirea pieselor la

temperaturi de 200-f300°C, cu menţineri cuprinse între 2 şi 3 ore, urmate de răcire în aer.

Pentru aliaje ATMg3S; ATMgIO stabilizarea dimensională se realizează prin încălzire la

350°C cu menţineri de 2 ore în cazul pieselor turnate sub presiune, tratamentele de stabilizare

se fac la temperaturi sub 200°C.

Adesea, stabilizarea se combină cu tratamente de călire pentru punere în soluţie

pentru îmbunătăţirea proprietăţilor de rezistenţă (de exemplu, pistoane pentru motoare cu

ardere internă).

Când se aplică după tratamentele de îmbătrânire naturală sau artificală, tratamentele

de stabilizare previn creşterea prea mare a durităţii.

Stabilizarea totală necesită în general, temperaturi mai ridicate, răcire controlată până la

temperaturi mai joase şi un timp de menţinere suficient de îndelungat de ordinul orelor.

RECOACEREA DE ÎNMUIERE

Se aplică pieselor turnate din aliaje de aluminiu, la temperaturi de 350-^450°C, pe

durata mai multor ore, urmată de răcire lentă.

Chiar şi în cazul aliajelor durificate prin precipitare se manifestă efecte de înmuiere.

Se aplică relativ rar în vederea nituirii pieselor sau pentru asigurarea unei stabilităţi

structurale şi dimensionale ori pentru obţinerea unei conductibilităţi electrice cât mai mari.

De menţionat că aliajele de turnătorie clasice sunt nedeformabile la temperaturi de 400-

r450°C.

RECOACEREA DE DETENSIONARE

Se aplică pieselor turnate din aliaje de aluminiu în scopul eliminării tensiunilor interne

care apar la solidificarea rapidă, călirea pentru punere în soluţie sau prelucrarea mecanică.

Datorită tensiunilor interne sunt posibile modificări de formă şi dimensiuni ale pieselor.

Tensiunile interne care apar în cursul procesului de solidificare pot fi evitate încă din

stadiul de proiectare a piesei, printr-o echilibrare dimensională judicioasă. în cazul tensiunilor

care apar la prelucrarea mecanică trebuie aplicate unele măsuri ca: adâncimi reduse de

aşchiere, perioade prelungite de aşteptare între operaţiile de aşchiere etc.

Cu toate aceste măsuri, la piesele de înaltă precizie în funcţionare, trebuie aplicate

tratamente termice de detensionare, care constau din încălziri cuprinse între 200 şi 300°C cu

durate de menţinere de mai multe ore, urmate de răcire înceată în cuptor sau aer liniştit.

Procesul de detensionare este cu atât mai activ cu cât temperatura şi durata tratamentului

termic sunt mai mari; totuşi, în alegerea acestor parametri trebuie să se ţină seama şi de

modificarea caracteristicilor mecanice şi de capacitatea de prelucrare prin aşchiere, care sunt

influenţate de tratamentul termic. Detensionarea trebuie efectuată adesea înaintea prelucrării

prin aşchiere, însă va fi aplicată, în mod obligatoriu, înaintea ultimelor prelucrări prin

finisare, având în vedere că aceste operaţii sunt legate de o deformare permanentă.

în cazul aliajelor de aluminiu deformabile, durificabile prin precipitare, tratamentele de

recoacere care urmăresc să corecteze numai efectele de tensiuni interne remanente, obţinute

prin ecruisare, sunt denumite recoaceri de detensionare. Temperaturile de recoacere nu

trebuie să depăşească 345°C, asigurând în acest mod numai o revenire şi o recristalizare

parţială. Deşi recoacerea de detensionare poate produce în unele aliaje o recristalizare totală,

ea nu poate stabiliza structural aliajul, aşa cum se obţine printr-o recoacere completă.

RECOACEREA DE OMOGENIZARE

Recoacerea de omogenizare este tratamentul termic primar aplicat barelor sau plăcilor turnate

din aliaje de aluminiu înaintea deformării plastice la cald sau la rece (extrudare- tragere,

laminare, forjare). Omogenizarea are ca scop îmbătrânirea structurii dendritice rezultate la

turnare şi obţinerea unei faze omogene care să înlesenească transformările ulterioare la cald şi

obţinerea caracteristicilor mecanice prescrise.

în figura 3.1 A şi B sunt prezentate fazele de echilibru a) sau în afară de echilibru b) rezultate

în urma solidificării unui aliaj de aluminiu (fig. 3.1.A) sau a solidificării unui aliaj tip soluţie

solidă (fig. 3.1.B). Liniile întrerupte din diagramă corespund solidificării în afară de

echilibru.

în ambele situaţii, în urma solidificării în condiţii practice (industriale) cu viteză relativ mare

va rezulta o structură în afară de echilibru tip soluţie solidă neomogenă, dendritică, iar la

solidificarea lentă, în condiţii de echilibru, o structură tip soluţie solidă omogenă. Se poate

trece de la o structură tip soluţie neomogenă la o structură tip soluţie solidă omogenă printr-o

încălzire a materialului (recoacere de omogenizare) în cursul căreia are loc o omogenizare

prin difuzie a structurii (în anexa 6 sunt prezentate date privind difuzia în metale şi aliaje).

în cazul aliajelor de aluminiu, diagrama de echilibru este cu transformare eutectică; în cazul

apariţiei structurii de neechilibru în afara soluţiei solide neomogene dendritice apare şi

eutectic interdendritic.

în ambele cazuri A) şi B) pentru cele două tipuri de diagrame, la solidificarea în afară de

echilibru liniile din diagramă se mută mai la stânga şi în jos, solidificarea realizându-se la

temperaturi mai scăzute şi la concentraţii mai mici de element de aliere.

Condiţiile tratamentului termic de recoacere de omogenizare (regimul termic) pentru aliaje de

aluminiu deformabile sunt prezentate în tabelul 3.1.

Tabel 3.1.

Condiţiile de tratament termic de omogenizare pentru aliaje de aluminiu deformabile.

Tip aliaj

Regim recoacere de omogenizare

T

[°C] [h]Răcire

Aliaje deformabileAl-Mg-Si-Cu 470 12-36 aerAl-Cu-Mg-Mi 500

Duraluminiu 490 8-26 aer500

Al-Zn-Mg-Cu 440 12-24 aer470

*Tr. cmog = (0,70 — 0,90)Ttor [K]

unde T, 0mog. ~ temperatura recoacerii de omogenizare;

T,0p - temperatura de topire;

tm - menţinere la temperatura de tratament.

Pentru aliajele de aluminiu deformabile astfel de tratamente de recoacere, pentru corectarea

structurilor brute din turnare, folosesc încălzirea de 2...4 ore la temperaturi de

f) .345°C pentru eliminarea tensiunilor interne reziduale, omogenizarea compoziţiei

chimice şi precipitarea fazelor reţinute în soluţia solidă, în condiţiile de turnare.

Neutilizarea tratamentului de recoacere de omogenizare în cazul structurilor brut turnate

conduce la următoarele consecinţe:

g) creează instabilitatea structurală, datorită faptului că structurile brute turnate, cu

miscrosegregaţii şi eutectic intergranular sunt în sferă de echilibru termic şi structural, în

timpul încălzirilor tehnologice sau solicitărilor în fluaj se produce fragilitatea, instabilitatea

dimensională şi scăderea caracteristicilor mecanice;

h) micşorează stabilitatea la coroziune, determinată de faptul că diferenţele de

compoziţie chimică între ramurile dendritice sau între grăunţii de soluţie solidă şi eutectic

conduc la formarea de micropile galvanice care accelerează coroziunea electrochimică. Acest

efect este deosebit de dăunător în cazul aliajului Al-Mg;

i) neomogenitatea compoziţiei chimice şi a repartiţiei tensiunilor interne datorită

solidificării nedirijate a lingourilor conduce la neuniformitatea structurală şi a proprietăţilor

fizico-mecanice şi chimice, ceea ce creează dificultăţi pentru procesle tehnologice ulterioare

de prelucrări plastice şi termice.

RECOACEREA DE RECRISTALIZARE

Aluminiul şi aliajele sale se ecruisează mai lent decât aliajele de cupru.

Scăderea deformabilităţii este accentuată de creşţerea gradului de deformare, deoarece

alungirea se reduce de la 25-f30% la 10% (după deformare de 15%).

în cazul Alpur (99,99%), temperatura de recristalizare Trecrisf= 100°C.

Pentru Altehnic (99.99%) Trecns(=350-^450°C .

RECOACEREA DE RECRISTALIZARE A ALIAJELOR DE ALUMINIU

DEFORMABILE

Intervalul temperaturilor de recristalizare este suprapus intervalului în care au loc

transformările în stare solidă.Încălzirea pentru recoacerea de recristalizare duce iniţial la

înmuiere (începând de la Trecr). La creşterea temperaturii începe îmbătrânirea prin precipitarea

fazelor intermediare şi creşterea durităţii (fig. 3.2).

PRESS-EFECTUL LA ALIAJE DE ALUMINIU DEFORMABILE

Press-efectul la aliaje de aluminiu deformabile constă în obţinerea unei rezistenţe mecanice

cu 30% mai mari la produsele extrudate în comparaţie cu cele obţinute prin laminare sau

forjare.

Efectul se constată când 7câ„re < Trgcristali2.are (când soluţia solidă obţinută prin călire este practic

nerecristalizată).

La aliaje de aluminiu complexe (avial, durai, zicral) care conţin şi adaosuri de mangan, crom,

zirconiu, temperatura de recristalizare după extruziune depăşeşte 450-500°C, astfel încât

press-efectul este pronunţat.

Press-efectul conferă produselor călite şi îmbătrânite o puternică anizotropie, datorită texturii

de deformare, adică proprietăţile de rezistenţă în lungul direcţiei longitudinale sunt de 1,3 ori

mai mari decât în direcţia transversală.

Press-efectul poate fi înlăturat în condiţiile:

- când lingourile sunt supuse recoacerii de omogenizare combinată cu încălzirea în

vederea deformării la cald;

- când durata menţinerii la călire este îndelungată;

- când folosim Tlmb. anu. ridicată;

- când Tex,ruziune este prea coborâtă.

i) TRATAMENTE TERMICE APLICATE ALIAJELOR DE ALUMINIU

DEFORMABILE

Sunt două categorii de aliaje de aluminiu deformabile: nedurificabile prin tratament termic

(Al-Mn, Al-Mg, Al-Mn-Mg) şi durificabile prin tratament termic (Al-Cu-Mg şi Al-Mg-Si).

Din cadrul celei de-a doua categorii, un aliaj reprezentativ este duraluminiul

AICu4Mg1,5Mn.

i) MECANISMUL DURIFICĂRII PRIN PRECIPITARE

La temperatura camerei în soluţie solidă suprasaturată se produc procese de difuzie a

cuprului, care conduc la concentrarea cuprului pe anumite plane cristaline ale reţelei de

aluminiu (concentrări ce se apropie de conţinutul de cupru din compusul AI2Cu). Aceste zone

de concentrări în cupru au dimensiuni foarte mici (submicroscopice) şi se numesc zone

Guinier-Preston. Zonele G-P denumite astfel după numele celor doi cercetători ce le-au pus în

evidenţă în aliaje Al-Cu prin difracţia razelor X, reprezintă rearanjamente ce duc la grupări de

atomi în interiorul reţelei cristaline a soluţiei solide suprasaturate. Grosimea lor e de ordinul

câtorva diametre atomice (lăţimea 20-^25 diametre atomice), (G-P I).

aliaje

lamelară - Durai

Morfologia zonelor G-P

aciculară - Avial

lenticulară - Zicral

Zonele G-P sunt legate coerent de reţeaua cristalină a soluţiei solide a, ceea ce duce la

tensiuni interne, deformări. Efectul de durificare produs de zonele G-P este datorat tocmai

distorsionării cristaline a soluţiei solide a.

i) CONDIŢII TEHNICE

j

In timpul încălzirii şi răcirii în vederea călirii pentru punerea în soluţie au loc următoarele

procese distincte:

dizolvarea cristalelor de fază secundară în soluţia solidă, la depăşirea temperaturii ce

marchează linia de variaţie a solubilităţii;

- omogenizarea chimică a soluţiei solide;

subrăcirea soluţiei solide şi obţinerea stării de suprasaturare prin subrăcire.

Alegerea parametrilor tehnologici se face în funcţie de compoziţia aliajului, folosindu-se în

acest scop diagrama de echilibru a aliajului sau unele prescripţii din STAS.

Pentru un aliaj din sistemul Al-Cu cu 4,5% Cu, domeniul de încălzire şi modificările

structurale la călirea de punere în soluţie şi îmbătrânire sunt prezentate în figura 3.5.

Regimul termic la călirea de punere în soluţie, cât şi la îmbătrânire, este regimul de

temperatură constantă, astfel încât durata de încălzire se calculează cu relaţiile specifice

acestui regim.

Dată fiind diversitatea mare a aliajelor şi produselor supuse acestor tratamente termice şi a

temperaturilor de tratament termic nu prea înalte, se folosesc utilaje de încălzire cât mai

diverse.

La aliajele de turnătorie (mai ales la piesele turnate în cochilie), călirea nu este întotdeauna

obligatorie, deoarece se obţin structuri de călire, necesitând numai îmbătrânire.

Normele de aviaţie au adoptat simbolizarea stărilor tehnologice stabilită de American

National Standard (ANSI H35.1) care cuprinde următoarele simboluri:

F - indică starea de semifabricat produs prin turnare, deformare la cald sau rece, pentru care

nu se impun condiţii speciale de control asupra condiţiilor de prelucrare plastică şi termică.

Caracteristicile mecanice nu sunt limitative;

O - indică starea de recoacere a produselor prelucrate prin deformare care sunt supuse

tratamentelor de recoacere pentru a se obţine starea cea mai plastică sau produsele turnate

pentru a le conferi ductilitate şi stabilitate dimensională;

H - indică starea de durificare (durificare mecanică) caracteristică numai produselor care au

fost deformate plastic cu sau fără tratamente termice suplimentare, în vederea asigurării unei

reduceri a ridigităţii.

în conformitate cu prevederile STAS 7608-71 sau STAS 201-71, tratamentele de durificare

aplicate diferitelor aliaje deformabile sau turnate sunt simbolizate astfel: TA - fără călire, dar

cu îmbătrânire naturală, TB - călire şi îmbătrânire naturală, TE - fără călire, dar cu

îmbătrânire artificală, TF - călire şi îmbătrânire artificială.

Astfel, datorită complexităţii compoziţiei chimice şi stării structurale, temperatura de

încălzire trebuie stabilită cu foarte mare precizie şi menţinută în limite foarte strânse (±3°C)

pentru a evita topirea unor eutectice de compuşi definiţi care se formează în aceste aliaje (se

utilizează cuptoare prevăzute cu ventilatoare pentru recircularea aerului, băi de săruri etc.).

Temperatura de încălzire în vederea călirii se stabileşte în funcţie de temperatura la care

începe topirea; se alege ca temperatură de încălzire 495-510°C pentru un aliaj care se topesţe

la 514°C şi 495-505°C pentru cel care se topeşte la 510°C.

Durata de menţinere la încălzire pentru călire depinde de natura, mărimea şi gradul de

dispersie al fazelor ce trebuie să fie dizolvate, precum şi de tipul cuptorului folosit. Aliajele

de turnătorie trebuie menţinute mai mult decât cele deformate plastic, deoarece fazele

separate la solidificare sunt mai grosolane.

în tabelul 3.2 se prezintă duratele de menţinere la călirea aliajelor de aluminiu deformabile.

Răcirea la călire trebuie să se execute cu viteză mare (minimum 100°C/s) mai ales în

intervalul 400-250°C care favorizează separarea fazelor secundare. Durata de trecere din

cuptor în bazin nu trebuie să depăşească 5 s pentru produsele cu grosimi sub 1 mm, 10 s

pentru 1-5 mm, respectiv 15 s pentru piesele mai groase. în mod curent, răcirea se face în apă

obişnuită, întrucât aliajele fiind plastice nu există pericolul fisurării acestora din cauza

tensiunilor de răcire.

Duratele de menţinere la călirea aliajelor de aluminiu deformabile

Tipul

produsului

Grosimea minimă în

secţiunea maximă;

Durata de menţinere, minCuptor electric Baie de sare

Plăci, table, 0,25 20-25 10-15benzi, sârme 0,50 20-30 10-20

0,6-0,8 25-35 15-251,0-1,5 30-40 20-301,7-2,4 35-45 25-352,5-2,4 40-55 30-454,0-4,5 50-60 35-455,0 55-65 35-45

Bare, profile, 5,0-10 65-75 45-55piese forjate şi Pentru fiecare 10 mm

înextrudate plus se adaugă: +25 min/10 mm +15 min/10 mm

Nituri 2-5 - 206-10 - 30

Ţevi Grosime perete 2 3 20-30

40

15

15

Stabilirea parametrilor de îmbătrânire naturală sau artificială se face cu ajutorul diagramelor

de variaţie a caracteristicilor mecanice, în funcţie de temperatura şi durata de menţinere (fig.

3.7). în comparaţie cu îmbătrânirea naturală, prin îmbătrânirea artificială se obţin valori mai

mari pentru limita de curgere şi rezistenţa de rupere şi mai mici pentru alungirea specifică.

Unele aliaje îmbătrânite natural (în mod deosebit duraluminurile) pot fi înmuiate pentru o

durată de câteva ore prin tratamentul de reversiune, care constă din încălzirea la 230-250°C

timp de 1-2 min; în cursul acestei încălziri, precipitatele de faze intermediare (metastabile) se

redizolvă şi aliajul esre readus la stare de călire (moale), ceea ce permite executarea unor

operaţii de prelucrare plastică la rece sau îndreptare. Reversiunea se poate executa de 3 ori,

dar de fiecare dată aliajul reîmbătrâneşte natural la durităţi mai ridicate, ceea ce îi micşorează

capacitatea de deformare plastică.

În tabelul 3.4 sunt prezentati parametrii tratamentelor termice recomandaţi pentru aliajul

duralumin (durai).

Tabel 3.3.

Regimurile de călire şi îmbătrânire are unor aliaje de aluminiu turnate în piese

Compoziţia

chimică

Tip Regimul de călire îmbătrânire Fazatrat.

term.

Temp.

°C

Menţiner

e

Mediul de

răcire

Temp.

°C

Menţiner

e

durifica-

toare3,75-4,5% Cu T5 515±5 2-4 Apă la 50- 220±10 2-4 AI2MgCu1,25-1,75%

Mg

100°C sau1,75-2,25%

Ni

aer

4,0-6,0% Si T1 - - - 180±5 5 CuAI1,5-3,5%Cu T5 525±5 4-6 Apă 50- 180±5 5 Mg2Si0,2-0,8%Mg T7 525±5 4-6 100°C 230±5 50,2-0,8% Mn T8 500±5 5-6 330 3

8,0-10,5%Si T1 - - - 170±5 15 Mg2Si0,17-0,3% MgT6 535±5 2-6 Apă 50- 170±5 150,25-0,5% Mn 100°C

4,0-5,0% Cu T4 515±5 10-15 Apă 80- - - CUAI2

T5 515±5 10-15 100°C 150±5 3-5

9-11% Cu T6 510±5 12 Apă 80-

100°C

175±10 7-14 CUAI2

9,5-11,5% MgT4 435±5 8-15 Apă 80-

100°C sau

ulei

Mg5AI8

6,0-8,0% Si T4 535±5 6-12 Apă 50- - - Mg2Si135±5 2-6 100°C 160±10 1-8

6,0-8,0% Si T1 - - - 230±5 8 CUAI2

1,5-3,0% Cu T5 515±5 5-12 Apă 80- 150±5 8 Mg2Si0,2-0,6% Mg T7 515±5 5-12 100°C 230±5 80,2-0,6% Mn

4,5-5,3% Cu T4 530±5 7-9 Apă 90- - - -0,6-1,0% Mn 100°C0,25-0,45% Ti

Tratamente termice recomandate pentru aliajul AICu4MgMn

Stare Temperatura de

încălzire

Timp de

menţinereRăcire Denumire t.t.

0 390-430°C 2-3 h aer Recoacerea de

recristalizare

TB490-510°C 10-60 min. apă rece Călire de punere

în soluţie20°C 5 zile aer îmbătrânire

naturalăi) PRACTICA TRATAMENTELOR TERMICE

i) PUNEREA ÎN SOLUŢIE (CĂLIREA DE PUNERE ÎN SOLUŢIE)

Este tratamentul termic aplicat aliajelor de aluminiu susceptibile de durificare structurală şi

cuprinde două faze distincte:

- punerea în soluţie prin încălzire la temperaturi în domeniul 430-550°C în funcţie de

natura aliajului şi menţinere la această temperatură pentru dizolvarea completă a tuturor

fazelor din aliaj;

- răcirea bruscă, de obicei în apă sau în alte medii de răcire în funcţie de natura

aliajului şi de grosimea semifabricatului respectiv.

3) ÎNCĂLZIREA Şl MENŢINEREA

Tratamentul de punere în soluţie se execută la temperaturi situate imediat sub punctul de

topire cel mai coborât al unei faze prezente în structura aliajului în cauză. în timpul încălzirii

de punere în soluţie, anumite elemente sau faze din aliajul de aluminiu fiind mult mai solubile

la cald decât la rece sunt dizolvate în soluţia solidă de bază.

Prin răcirea bruscă ulterioară, elementele dizolvate pot fi menţinute un anumit timp în soluţia

solidă care devine suprasaturată în raport cu starea de echilibru. Principalii factori care

trebuie luaţi în considere la executarea tratamentului de punere în soluţie sunt:

- temperatura, în funcţie de compoziţia chimică a aliajului a cărei valoare optimă

trebuie respectată cu precizie de ± 5°C;

viteza de încălzire şi durata de menţinere care depind de compoziţie, modul de elaborare,

starea de omogenitate, grosimea semifabricatului sau piesei, mărimea de grăunte, mediul de

încălzire; de notat că o a doua punere în soluţie a unui acelaşi produs este mai rapidă decât

prima, dar conduce la scăderea caracteristicilor mecanice;

influenţa sa asupra mărimii de grăunte corelată cu eventualele operaţii anterioare de

deformare la rece (deformările apropiate de valoarea critică de ecruisare produc creşteri de

grăunţi exagerate);

- difuzia de cupru în stratul de placare la table şi benzi placate.

3.7.1.2 . RĂCIREA

Viteza critică de călire

Parametrul important care controlează această fază tehnologică este "viteza critică de călire".

Dacă răcirea este prea lentă are loc o precipitare grosieră şi neomogenă de faze care nu mai

contribuie la "durificarea structurală”. Există pentru fiecare aliaj o viteză critică de călire sau

viteză de răcire minimă care conduce la formarea soluţiei solide suprasaturate şi care mai

apoi depinde şi de grosimea semifabricatului sau piesei, ceea ce explică diferenţa dintre

valorile caracteristicilor mecanice la produsele subţiri şi groase.

Călirea propriu-zisă sau răcirea bruscă executată

imediat după punerea în soluţie

în starea "proaspătă de călire” materialul metalic - în funcţie de aliaj - este uşor prelucrabil

prin deformare la rece timp de circa 2 ore. Această proprietate poate fi menţinută un interval

mai mare de timp prin depozitare la temperaturi coborâte. în această stare proaspătă de călire

se recomandă execuţia relaxării.

Tensiunile interne (datorate tratamentului termic)

Gradientele termice dezvoltate în timpul răcirii, în special în timpul răcirii la semifabricatele

groase (bare, plăci şi forjate) precum şi piesele masive conduc la formarea de tensiuni interne

mai ales la nivel macroscopic (de volum). Tensiunile elastice sunt de compresie la suprafaţă

şi de întindere în interior (invers faţă de produsele deformate la rece prin laminare).

Dacă dispunerea unor zone de compresie la suprafaţa pieselor nu este defavorabilă pieselor

solicitate la oboseală, prezenţa unui nivel ridicat de tensiuni interne produce dificultăţi

tehnologice de prelucrare şi montare, datorită instabilităţii dimensionale în timpul şi după

prelucrarea prin aşchiere care poate duce şi la ruperea materialelor mai puţin ductile.

Alte inconveniente legate de prezenţa tensiunilor interne în semifabricatele şi piesele din

aliaje de aluminiu de mare rezistenţă:

j) riscul coroziunii sub tensiune;

k) riscul de rupere prematură în serviciu.

Mijloace de combatere sau reducere a tensiunilor interne şi a efectelor lor:

deformări plastice la rece - de preferinţă pe materiale în stare proaspătă de punere în soluţie -

când prin alungiri sau comprimări cu deformări permanente de circa 2% se produce o

relaxare de compensare omogenă;

prelucrări prin aşchiere, înainte de tratamentul de punere în soluţie, direct pe materiale

recoapte urmate de prelucrarea de finisare pe câteva zecimi de milimetru sau ceva mai mult

după punerea în soluţie a piesei;

prelucrările să se execute cât mai simetric posibil, eventual simultan pe două feţe opuse;

tratamente termice după punerea în soluţie cum este cazul călirii inverse (procedeele ALCOA

şi PECHINEY);

relaxări (sau detensionări) parţiale prin reveniri la 180oC-200°C (aşa - numitele stabilizări

termice);

tratamente termo-mecanice (cicluri termice, eventual repetate, cu bridări corespunzătoare ale

pieselor astfel ca prin jocul dilatărilor şi contracţiilor să se realizeze relaxări mai mult sau mai

puţin importante);

căliri atenuate în apă caldă, apă fierbinte, ulei, în special la piese de formă complicată cu

variaţii mari în secţiune; această metodă este utilizată în special la semifabricatele din aliajul

3640; călirea slabă permite prelucrarea fără deformări, dar implică o a doua punere în soluţie

după prelucrare pentru a obţine caracteristicile mecanice dorite; călirea în apă caldă creşte

susceptibilitatea la coroziunea intercristalină.

- DURATA MAXIMĂ DE TRANSFER

Durata de transfer a piesei de la cuptorul de încălzire pentru punere în soluţie la baia de călire

trebuie să fie cât mai scurtă pentru a evita precipitările rapide din intervalul 400-250°C care

conduc la scăderea caracteristicilor mecanice. De acest factor trebuie să se ţină seamă în

special la produsele subţiri, table, benzi. Indiferent de modul în care se face transportul

pieselor, manual sau mecanic, durata de transfer maximă este timpul scurs între deschiderea

uşii cuptorului sau din momentul în care iese la suprafaţă din baia de sare primul colţ al piesei

sau al partidei de călire şi până la scufundarea completă ori dispariţia ultimului colţ de piesă

sau partidă în baia de călire cu apă, soluţie apoasă, gaz lichefiat, ulei. Durata de transfer

maximă admisă sau "aşteptarea pentru călire" variază cu temperatura şi starea de agitare a

aerului înconjurător, cu masa şi coeficientul de emisivitate a piesei sau partidei de călire.

k) ÎMBĂTRÂNIREA NATURALĂ SAU MATURAREA

Este procesul de durificare structurală la temperatura ambiantă însoţit de îmbunătăţirea

sensibilă a caracteristicilor mecanice a semifabricatelor şi pieselor călite. în decursul acestei

transformări, suprasaturarea aluminiului în elemente de aliere scade prin formarea unor zone

de precipitări sau de regrupări submicroscopice de atomi dizolvaţi (de exemplu atomii de

cupru din aliajul de tip duraluminiu) numite şi zone Guinier-Preston. Aceste zone de

precipitare au structura cristalografică foarte apropiată de a matricei de metal solvent

(aluminiu), fiind coerente cu ea, dar cu distorsiuni elastice, producând astfel durificarea

aliajului (numărul, dimensiunile, forma şi cinetica de creştere a precipitatului diferă de la un

aliaj la altul).

La orice piesă de aviaţie obţinută din semifabricate prin folosirea de către constructorul de

avioane a tratamentului termic de punere în soluţie - călire - îmbătrânire naturală, starea

materialului se notează cu T42, caracteristicile mecanice înregistrând o scădere comparativ cu

stările iniţiale T3 şi T4. Din această cauză, repetarea acestui tratament termic se limitează

conform instrucţiunilor prescrise.

îmbătrânirea sau maturarea este cu atât mai rapidă cu cât temperatura ambiantă este mai

ridicată şi practic nu se mai produce dacă metalul este menţinut la temperaturi suficient de

joase în frigidere speciale.

k) ÎMBĂTRÂNIREA ARTIFICIALĂ

îmbătrânirea artificială este tratamentul termic aplicat după călirea pentru punere în soluţie

care constă în încălziri la 110-200°C pe durate de 6-25 ore, condiţiile de temperatură- timp

depinzând de natura aliajului şi de caracteristicile fizico-mecanice urmărite. Potrivit acestor

condiţii de încălzire, în aliajul de aluminiu durificabil au loc precipitări de faze diferite.

Astfel, în cazul aliajelor de aluminiu-cupru se produc următoarele precipitări de faze: la

temperaturi sub 130°C se constată apariţia zonelor Guinier-Preston;

- la temperaturi de 165°C se mai constată zonele Guinier-Preston, iar în a doua etapă faza

metastabilă 0’ având dimensiunile de 500 x 500 x 50 Â, fază de asemenea coerentă cu

matricea metalică cu deformaţii elastice puternice ale soluţiei solide în vecinătatea

precipitatelor respective. în aceste zone puternic perturbate, dislocaţiile se produc şi trec

foarte greu, ceea ce explică durificarea care are loc; la temperaturi de peste 220°C şi durate

mai lungi apare faza de precipitare 0” de 1 x 1 x 500 Â care nu mai este coerentă cu matricea

metalică; dislocaţiile se deplasează mai uşor fiind în concordanţă cu tendinţa de înmuiere a

materialului; la temperaturi de ordinul a 300°C şi la durate lungi de menţinere apare faza de

echilibru 0 (AI2Cu) cu dimensiunile cuprinse în intervalul de la câteva sutimi de milimetri la

câteva zecimi de milimetri. Coalescenţa fazei precipitate duce la înmuierea generală a

aliajului. Prin tratamentul termic de îmbătrânire artificială executat corect se obţine o creştere

maximă a rezistenţei şi o scădere a alungirii; la temperaturi mai ridicate, rezistenţa creşte

repede fără a se obţine valorile maxime dat fiind mecanismul de precipitare indicat anterior.

Din această cauză trebuie respectate temperaturile şi duratele prescrise pentru fiecare aliaj şi

stare.

Aliajele la care se execută tratamentul de îmbătrânire artificială nu îşi conservă la infinit

starea de călire proaspătă până în momentul îmbătrânirii, ele durificându-se şi la temperatura

ambiantă. Această stare instabilă se notează cu simbolul W urmat de valorile timpilor de

menţinere la temperatura ambiantă.

Perioada de aşteptare este perioada de timp în care materialul metalic de la starea imediat

după călire se menţine la temperatura ambiantă până la aplicarea îmbătrânirii artificiale. în

general se consideră a fi cel mai indicat executarea îmbătrânirii artificiale imediat după călire.

în practică nefiind posibil întotdeauna acest lucru, caracteristicile mecanice obţinute prin

îmbătrânirea artificială vor fi influenţate la unele aliaje de maturarea prealabilă parţială sau

totală, această influenţă fiind complexă şi diferită de la un aliaj la altul. Se disting trei situaţii:

aliaje puţin sensibile la durata aşteptării între călire şi îmbătrânire artificială;

- aliaje la care aşteptarea între călire şi revenire este defavorabilă;

aliaje la care aşteptarea între călire şi revenire este favorabilă de tip: AlMgSi cu conţinut de

Mg2Si < 1%, de tip AIZnMg.

k) DURATA DE MENŢINERE

t

Durata de menţinere este timpul în care materialul este încălzit la temperatura prescrisă

pentru tratamentul termic respectiv, temperatură măsurată la suprafaţa pieselor. Duratele de

menţinere depind de natura aliajului, tipul şi grosimea semifabricatului sau piesei, felul

tratamentului termic care se execută.

k) ECRUISAREA

Elaborarea aliajelor de aluminiu începe cu turnarea lingourilor, stadiul în care grăunţii

cristalini sunt mari, iar caracteristicile mecanice mediocre. în fazele următoare de prelucrare

la semifabricate presate, trase, laminate, forjate, intervin reduceri de secţiune la rece sub

temperatura de recristalizare-ecruisare. în cursul acestor prelucrări are loc o reorientare a

grăunţilor, iar grăuntele se fragmentează rezultând o structură cu grăunţi fini care are

caracteristici mecanice superioare.

Gradul de deformare este definit prin variaţia relativă a secţiunii semifabricatelor în timpul

prelucrării la rece:

unde Si este secţiunea iniţială, iar S, secţiunea finală. în timpul operaţiilor de deformare la

rece la constructorul de avioane (plieri, întinderi, ambutisări, rulări) semifabricatele din aliaje

de aluminiu sunt de asemenea ecruisate cu valori t în funcţie de forma piesei, natura şi starea

aliajului respectiv etc. Prelucrarea termică ulterioară a semifabricatelor şi pieselor ecruisate

(recoacere, punere în soluţie) conduce la eliminarea ecruisării şi la înmuierea materialului

datorită recristalizării. La o temperatura dată fenomenul de înmuiere este cu atât mai pregnant

cu cât materialul a fost ecruisat mai mult în prealabil. Recristalizarea poate produce fie o

structură fină, fie o structură grosolană. Structura cu grăunţi mari conduce în timpul

prelucrărilor ulterioare de formare la rece la apariţia pe suprafeţele metalice a fenomenului

nedorit numit "coajă de portocală", care este un indiciu al scăderii caracteristicilor mecanice

statice şi dinamice. Plecând de la această asociaţie dintre fenomenul "coajă de portocală" şi

caracteristicile mecanice, se prevede pentru benzi şi table o probă specială de încercare pentru

evidenţierea sa. La o anumită temperatură de recoacere sau de punere în soluţie, curba de

creştere a grăunţilor în timpul procesului de recristalizare în funcţie de valoarea ecruisării are

aspectul din figura 3.8.

În figura 3.8 se disting: gradul de deformare critic inferior - EC lnt la care se constată începutul

recristalizării cu creşterea de grăunţi, gradul de deformare critic - ec la care are loc o creştere

exagerată a grăunţilor cristalini în timpul tratamentelor termice ulterioare de recoacere sau de

punere în soluţie, şi gradul de deformare critic superior - EC sup la care recristalizarea cu

grăunţi mari este completă. Gradul critic de deformare, deşi nu este în mod riguros o

caracteristică intrinsecă pentru un aliaj dat, depinde de:

condiţiile de recoacere sau punere în soluţie (temperatură şi timpi de menţinere);

k) ECRUISAREA SEMIFABRICATELOR

Produsele finite în starea de livrare comportă la furnizori sau producătorul de avioane operaţii

de laminare, comprimare, întindere sau îndreptare care urmează imediat tratamentului de

punere în soluţie şi călire în scopul de a asigura o planeitate corespunzătoare (table în stare

T3) sau pentru a evita deformările în timpul operaţiilor de prelucrare la beneficiar sau

constructorul de avioane (plăci forjate).

Procesele de deformare executate sub temperatura de recristalizare a aliajelor respective

ameliorează sensibil caracteristicile lor mecanice. Dacă bebeficiarul sau constructorul de

avioane execută ulterior un nou tratament termic pentru obţinerea unor caracteristici de

prelucrare tehnologică mai bune (la formare în special) trebuie să se ţină seamă de scăderea

corespunzătoare a caracteristicilor mecanice de rezistenţă.

Orice tratament termic de recoacere sau de punere în soluţie urmată de călire distruge efectele

ecruisării (se trece de la starea T3 la starea T42) şi prin aceasta are loc o scădere a

caracteristicilor mecanice. Spre exemplu în cazul tablelor placate de aliaj durai RP 0,2 scade

de la 320 la 280 N/mm2. De acest lucru trebuie să ţină cont atât proiectantul cât şi tehnologul

din uzinele constructoare de avioane pentru a nu afecta caracteristicile de rezistenţă impuse

pieselor respective prin operaţii de tratament termic (puneri în soluţie, recoaceri) singulare

sau repetate.

k) EFECTUL DE PRESĂ

Spre deosebire de ecruisare, deformările plastice la cald - presare sau extrudare - conduc la

stări caracterizate prin Rmşi Rp0,2 cu valori mult mai ridicate în sensul de deformare

comparativ cu produsele laminate, spre deosebire de alungirea A5 care este mai mică la

produsele extrudate faţă de cele laminate.

Caracteristicile produsului extrudat sau efectul de presă nu se elimină prin tratamentul de

punere în soluţie. Efectul de presă poate fi atenuat prin deformări la rece (tragerea barelor cu

0 < 60 mm şi a ţevilor). Acest fenomen nu se semnalează la produsele cu structură

recristalizată.

k) RECOACEREA

După cum s-a arătat, ecruisarea are ca efect alungirea grăunţilor în sensul de laminare sau

tragere cu reducerea dimensiunilor lor (afinare). în acelaşi timp se introduc tensiuni interne şi

creşte rezistenţa mecanică în detrimentul plasticităţii (alungirii).

Unele procese tehnologice de la constructorul de avioane impun deformări ulterioare a

semifabricatelor (plieri, ambutisări, îndoiri) care reclamă înmuierea materialului ecruisat

înainte sau în timpul execuţiei acestor operaţii. în practica industrială se execută trei tipuri de

recoacere:

- recoacere de restaurare;

- recoacere de recristalizare;

- recoacere de coalescenţă.

Menţionam că efectele de înmuiere a aliajelor de aluminiu durificabile prin precipitare se

obţin şi prin aducerea lor în starea "proaspătă de punere în soluţie" însă ele se păstrează pe

durate scurte de timp după călire (maxim 2 ore la aliajul durai).

3.7.7.1. RECOACEREA DE RESTAURARE

Are ca scop suprimarea efectelor ecruisării şi în special a tensiunilor interne. Tratamentul

termic de restaurare constă din menţinerea un timp scurt la temperaturi inferioare a

temperaturii de recristalizare.

Menţionăm că acest gen de recoacere produce şi un efect de înmuiere parţială a materialelor

durificate prin tratament termic (punere în soluţie, - călire - îmbătrânire naturală sau

artificială).

Avantajele esenţiale ale tratamentelor de restaurare:

absenţa recristalizării şi deci a riscului pe care-l comportă structura cu grăunţi mari; o

ameliorare a plasticităţii la caracteristici mecanice egale cu materiale parţial ecruisate.

Neajunsuri ale recoacerii de restaurare:

înmuiere limitată (40-50% max.), ceea ce nu permite obţinerea unei plasticităţi omogene

plecând de la o anumită stare iniţială de ecruisare;

- izotropia nu poate fi reglată, deoarece nu se produce nicio modificare a texturii de orientare.

3.7.7.2. RECOACEREA DE RECRISTALIZARE (STAREA O)

Aceasta produce înmuierea maximă atât a aliajelor durificabile de tratament termic cât şi a

celor durificabile prin ecruisare. Ea constă din încălzirea rapidă şi menţinerea de durată lungă

la o temperatură mai înaltă decât temperatura de recristalizare urmată de o răcire lentă până la

temperaturi mai mici de 250°C, conform prescripţiilor. Dacă răcirea este mai rapidă pot

apărea efecte de călire şi durificare progresivă prin îmbătrânire de după recoacere, ceea ce

înrăutăţeşte capcitatea de deformare la rece a semifabricatelor sau pieselor respective.

Evoluţia caracteristicilor în timpul operaţiilor de recoacere la diferite temperaturi şi durate de

menţinere este prezentată în figura 3.9.

Până la o anumită temperatură A există numai relaxarea tensiunilor interne, caracteristicile

mecanice înregistrând o uşoară scădere. Peste temperatura A începe recristalizarea care

produce o scădere accentuată a caracteristicilor mecanice: Rm, Rp0.2- în intervalul de

temperatură ABşi pentru timpi de menţinere constanţi, recristalizarea nu este completă,

grăunţii noi coexistând cu cei vechi şi după caz pot fi mai mici sau mai mari decât cei iniţiali.

Când recristalizarea este completă (temperatura B) recoacerea este totală (starea 0).

RECOACEREA DE COALESCENŢĂ

Sunt tratamentele care produc maleablitatea maximă, acolo unde recoacerile normale

aplicate pe semifabricate, ce au fost ulterior puse în soluţie şi călite, conduc la plasticităţi

reduse. Aceste tratamente reduc la minim posibilitatea durificării ulterioare prin realizarea

coalescenţei aliajelor bogate în elemente durificante.

La aliajele de tip durai, acest tratament prezintă inconvenientul favorizării creşterii de grăunţi

în timpul încălzirii ulterioare de punere în soluţie şi deci are efecte negative asupra

caracteristicilor mecanice prescrise. Prin urmare, executarea tratamentului de recoacere de

coalescenţă nu se recomandă la aliajele de acest gen.