2

2. aliaje cu baz de aluminiu

2.1. Clasificarea aliajelor de aluminiu

Aluminiul datorita activitii sale chimice mari, se gsete n natur numai sub forma de compui. mpreun cu oxigenul i siliciul formeaz 82,58% din scoara terestr, fiind concentrat n special n apropierea suprafeei sale.

Aluminiul se extrage in prezent prin electroliza aluminei dizolvata in criolit topit. Alumina in calitate de materie prima pentru diferite domenii ale tehnicii si n special pentru electroliza trebuie sa ndeplineasc o serie de condiii care vor fi luate n considerare la adaptarea tehnologiilor pentru extragerea ei.

Procedeele utilizate la extragerea aluminiului din minereuri sunt grupate in patru mari categorii: alcaline, acide, combinate si electrotermice. Numrul mare de procedee studiate pentru obinerea aluminei i varietatea lor se explica n primul rnd prin existena diferitelor tipuri de minereuri i n al doilea rnd prin coninutul mai mare sau mai mic de impuriti de o anumita categorie.

Principalele proprieti fizico-mecanice ale aluminiului elementar sunt: numr atomic 13, mas atomic 26,9815.

n stratul exterior al atomului se gsesc trei electroni de valen doi pe orbitalul 3s i unul pe orbitalul 3p care este mai slab legat de atomii de aluminiu.

Aluminiul cristalizeaz in sistemul cubic cu fee centrate, cu urmtoarele caracteristici principale:

raza atomic 1,4286A

raza ionic 0,8598A

distana interatomic 2,8630A

Pentru aluminiu s-a stabilit existena a trei izotopi radioactivi cu numerele de masa 26,28 si 29 cu perioadele de njumtire 2,3 min. si 6,7 min.

Densitatea aluminiului solid ct si al celui topit scade odat cu creterea gradului de puritate, fiind de 2,705 g/cm3 la 200C pentru aluminiu 99,5%.

Aluminiul fierbe la temperatura de 2056C, se topete la 660,240C, iar tensiunea de vapori se poate calcula cu relaia: log p= -141,90/T+8,98

Rezistivitatea aluminiului foarte pur (99,999%) n stare recoapta este de 2,63 la 20C; ea scade in prezena elementelor nsoitoare care distorsioneaz reeaua cristalin si frneaz deplasarea electronilor.

Cele mai importante proprieti tehnologice ale aluminiului sunt:

temperatura de turnare : 710....730C

temperatura de prelucrare la cald : 350....450C

temperatura de recoacere : 370....400C

temperatura de revenire : 150C

temperatura nceputului de recristalizare : 150C

contracia la turnare : 1,7%

deformarea admisibila : 75....95%

n sistemul periodic al elementelor aluminiul se gsete sub Bor, datorit acestui fapt propietaile sale mecanice sunt mai net exprimate iar in ce privete activitatea chimic, aluminiul este mai puin activ dect borul.

Este caracteristic proprietatea aluminiului de a forma oxizi amfoteri n timp ce borul formeaz numai oxizi acizi.

Aluminiul, avnd afinitate mare fat de oxigen n aer, chiar la temperatura obinuit, se acoper cu uurin cu un strat de oxid, care protejeaz metalul de o oxidare ulterioar. Procesul de oxidare a aluminiului se intensific cu creterea temperaturii si depinde de natura i concentraia elementelor nsoitoare.

Aluminiul reduce majoritatea oxizilor metalici, se combin energic cu halogenii iar la temperatur nalta se combin cu sulful, azotul, carbonul, fosforul.

In intervalul de temperatur 0... 100C, apa nu atac aluminiul, are loc numai la creterea grosimii stratului de oxid. Deasupra stratului natural de alumin anhidr se formeaz un strat de Al2O3 H2O cristalizat.

Aluminiul protejat de stratul de alumin este puin atacat de acidul azotic, dar se dizolv cu uurin n acid clorhidric la fel i n baze. Acidul clorhidric este dizolvantul normal al aluminiului.

Aluminiul impurificat cu fier, cupru sau siliciu are rezistena la coroziune mai mic n soluii de acid clorhidric. Aciunea acidului sulfuric, fiind direct proporional cu concentraiile soluiilor i cu creterea gradului de impurificare al aluminiului.

Aluminiul este foarte puin corodat n soluii de acid azotic diluate. Procesul se intensific odat cu creterea concentraiei atingnd valoarea maxim pentru o soluie de 310 g/l HNO3, ca n cazul acidului fumans.

Aluminiul i aliajele sale au o pondere din ce n ce mai mare n categoria materialelor multifuncionale, datorit urmtoarelor considerente:

raport mare dintre rezistena mecanic la rupere i densitate (Rm/);

rezisten ridicat la coroziune;

conductivitate termic i electric remarcabile.

La fabricarea pieselor, subansamblelor, componentelor instalaiilor din energetica nuclear, aeronautic i industria de transporturi se folosesc din ce n ce mai mult aliaje uoare din sistemele ternare de turntorie i deformabile.

Utilizarea pe scar larg a materialelor multifuncionale pe baz de aluminiu este legat de mbuntirea performanelor acestor aliaje prin microadaosuri de elemente ca Sr, B i Ti, nainte de turnare, care asigur realizarea unor deziderate importante ca:

mbuntirea sensibil a microstructurii prin distribuia uniform a fazelor, micorarea i uniformizarea dimensiunii medii a grunilor i a fazei de siliciu din eutectic, obinndu-se astfel materiale compacte i izotrope;

creterea sensibil a proprietilor mecanice ale aliajelor solidificate i tratate termic;

mbuntirea rezistenei la coroziune a aliajelor;

creterea gradului de finisare a suprafeelor pieselor destinate domeniilor specificate mai sus;

ameliorarea condiiilor de tratamente termice i superficiale a aliajelor;

mbuntirea condiiilor de deformare plastic n vederea reducerii tensiunilor interne i prevenirii apariiei micro- i macrofisurilor n produsele finite;

ameliorarea prelucrabilitii prin achiere i a sudabilitii aliajelor.

Avnd n vedere marea diversitate a aliajelor de aluminiu, pentru clasificarea acestora sun luate n considerare mai multe criterii:

I. Dup tehnologiile de obinere a semiproduselor i produselor finite;

II. Dup proprieti i domenii de utilizare.

III. Dup elementul principal de aliere

2.1.1. Clasificare dup tehnologiile de obinere a produselor

Conform acestui criteriu aliajele sunt grupate in doua categorii: aliaje pentru turnare i aliaje deformabile, domeniul lor fiind determinat de limita de saturaie a soluiei solide la temperatura eutecticului (fig. 2.1).

Aliajele care in diagrama de echilibru sunt situate dup punctul limita i au in structura faza eutectica sunt aliaje tipice de turnatorie. Structura apropiata de compoziia eutectica, domeniul ngust de solidificare determina la aceste aliaje nsuiri foarte bune de turnare i, n special, fluiditate mare care uureaz umplerea completa a formelor.

Aliajele situate nainte de limita de saturaie, avnd structura monofazic (a) sau bifazica (b), se caracterizeaz prin plasticitate mare la cald, putnd fi prelucrate prin deformare.

Fig. 2.1. Clasificarea aliajelor dup domeniile de compoziie2.1.1.1. Aliajele de turnatorie

Aliajele de turnatorie, spre deosebire de cele destinate pentru prelucrare plastica, permit adaos mrit de elemente de aliere, care conduce la mbuntirea caracteristicilor mecanice i tehnologice. Majoritatea acestor aliaje se trateaz termic pentru durificare prin clire i mbtrnire sau se livreaz in stare recoapta, cnd sunt folosite la confecionarea pieselor care lucreaz Ia temperaturi nalte.

Cele mai rspndite aliaje de aluminiu pentru turnatorii sunt pe baza urmtoarelor sisteme:

Aliaje AI-Si binare cu 3... 12% Si, cu sau fr adaosuri mici de mangan, magneziu. Compoziia cea mai utilizata este siluminul eutectic destinat turnrii sub presiune;

Aliaje Al-Si complexe:- aliajele Al-Si-Cu cu 2... 12% Si, 0,1... 3% cu sau fr adaosuri de magneziu, mangan, zinc, crom, titan, cadmiu, beriliu, molibden, bor, nichel;

- aliaje AI-Si-Cu-Mg cu 7... 14%Si, 2...5%Cu, 0,1...0,8%Mg, cu sau fr adaosuri de titan, bor, beriliu, molibden, mischmetal, crom, cadmiu, staniu, plumb, stibiu, calciu, potasiu;

- aliaje Al-Si-Cu-Mg-Ni cu 0,2... 3%Si, 0,2... 5,6%Cu, 0,2 ... 5,6%Ni, 0,2... 5%Mg, cu adaosuri de titan, mangan, zinc, crom, cobalt, fosfor, zirconiu, molibden, tantal, niobiu, wolfram, vanadiu etc.;

- aliaje Al-Si-Ni-Cu-Mg cu 12,5... 17%Si, 15,5... 17%Ni, 1,8... 8%Cu, 1,6...3%Mg, care in stare turnata poseda cea mai mare duritate dintre materialele metalice cu baza de aluminiu, avnd Ia 20C, HB = 200...225 daN/mm2, respectiv la 350C, HB = 100...115 daN/mm2;

- aliaje AI-Si-Zn-Cu-Mg, cu 2...18% Si, 2...16%Zn, 1... 5%Cu, 1 ...4%Mg; adaosuri de 0,2...0,4% (Ti + Be), 0,1... 0,8% (Mn + Cr), care dup tratament termic in atmosfera controlata ating proprieti mecanice comparabile cu ale aliajelor in stare deformat;

Aliaje Al-Cu binare, 4...1.2%Cu cu adaosuri mici de magneziu,

titan, fier i nichel;

Aliaje A-Cu complexe:

- aliaje Al-Cu-Mg-Ni cu 4...8%Cu, 1,5...6%Mg, 0,5...2%Ni cu adaosuri de siliciu, titan i fier;

- aliaje AI-Cu-Mn-Cr cu 56,5% Cu, 0,40,8% Mn, 0,2...0,4% Cr, cu adaosuri de cadmiu, titan, zirconiu i bor;

- aliaje AI-Cu-Zn-Mg cu 3,5...5,5% Cu, 2,5...4,5% Zn, 0,20,6% Mg, cu adaosuri de zirconiu i titan;

Aliaje AI-Fe cu 0,5...10% Fe, avnd in compoziie litiu, sodiu, stroniu, bor fiecare sub 0,1% i magneziu, mangan, siliciu, cupru, titan, fiecare sub 0,5%;

Aliaje AI-Mg binare cu 210% Mg i cu mici adaosuri de mangan, crom i unul din elementele galiu, cadmiu, bismut, bor, hafniu, cobalt, lantanide, toriu etc.;

Aliaje Al-Mg complexe:

- aliaje AI-Mg-Ag-Si cu 3...4,5%Mg, 0,6...1,8%Si, 0,4...1,5%Ag cu adaosuri de zirconiu, fier i mangan;

Aliaje Al-Zn

- aliaje AI-Zn-Mn-Si-Mg-Fe-Cr cu 1... 7% Zn, 0,2...2% Mn, 0,1...1% Cr, 0,3...1,5% Fe, 0,1...1% Mg, 0,1...5% Si cu adaosuri de titan i bor, fiind destinat turnrii sub presiune;

- aliaje AI-Zn-Cu-Si-Mn-Mg cu 4,5... 5,5% Zn, 3,2...3,5% Cu, 4,2 5% Si, 0,50,8% Mn, 0,30,6%Mg;

- aliaje AI-Zn-Cu-Mn cu 6,58,5% Zn, 0,30,80f0 Cu, 0,3 0,5% Mn, fiind folosit pentru turnarea de precizie a diferitelor organe de maini;

Alte sisteme

- aliaje AI-Cr-Zr sau AI-Cr-Fe cu 6...13%Cr, 0,.11,5% Zr sau Fe i unul din elementele de aliere magneziu, wolfram, molibden, vanadiu, mangan;

- aliaje pe baza sistemelor AI-Sb-Mg, AI-Sn-Cu-Ni, AI-Sn-SiCu-Ni, AI-Pb-Cu, Al-Pb, folosite in calitate de materiale antifriciune.

2.1.1.2. Aliaje deformabile

Aliajele deformabile pot fi ncadrate in doua subgrupe: aliaje deformabile care nu se durifica prin tratament termie i aliaje deformabile care se durifica prin tratament termic.

a. Din prima subgrupa fac parte:

- aluminiul comercial (obinut in urma procesului de electroliza sau dup o operaie de rafinare) cu diferite grade de puritate;

- aliaje Al-Mg care conine 1...5% Mg, cu adaosuri de crom, mangan, titan, litiu, beriliu, bor individual sau mpreuna, dar in cantiti care sa nu depeasc 0,251%;

- aliaje AI-Mn care conin 14% Mn, cu meninerea in limite bine precizate a coninutului de fier i siliciu i cu adaosul unor elemente de finisare a granulaiei, in special titan i bor;

- aliaje AI-Mn-Mg cu 13% Mn, 14% Mg cu adaosuri de titan, bor, litiu, beriliu, crom;

- aliaje AI-Ni-Fe cu 0,52,5% Ni, 0,5... 2,5% Fe cu adaosuri de zirconiu;

- aliaje AI-Sn-Ni-Cu cu 4...20% Sn, 0,5...1,5% Ni, 0,5...2,5%Cu, cu sau fr adaosuri de plumb, magneziu, siliciu;

- aliaje AI-Zn i Al-Zn- Lantanide cu pn la 1% Zn i 0,2% Lantanide.

b. Din a doua subgrupa fac parte:

- aliaje Al-Cu-Mg, cu 1,5... 6% Cu, 0,2... 1,8%Mg, 0,8...1,2% Mn, cu adaosuri de nichel, fier, siliciu, titan, crom, vanadiu, molibden, indiu, beriliu, litiu, cadmiu i argint;

- aliaje AI-Mg-Si cu 0,41,68/0 Si, 0,4...1,2% Mg, fiind prezente mici adaosuri de cupru, mangan, crom;

- aliaje Al-Cr-Zr sau Al-Cr-Fe cu 6...14% Cr, 0,5...1,5% Zr (Fe) i unul din elementele magneziu, wolfram, molibden, vanadiu sau mangan 0,11%;

- aliaje Al-Be-Mg cu 1030% Be, 0,510% Mg, cu adaosuri de titan i zirconiu;

- aliaje Al-Zn-Mg cu 3...9% Zn, 0,54% Mg, avnd ca elemente de aliere mangan, bor, beriliu, zirconiu, vanadiu, titan, lantanide; .

- aliaje Al-Zn-Mg-Cu cu 3,59,5% Zn, 0,54% Mg, 0,5...3% Cu i numeroase alte elemente de aliere de tipul crom, cobalt, zirconiu, mangan, beriliu, titan, ytriu, argint, lantanide, niobiu, tantal etc.;

- aliaje Al-Mg cu 6. . . 8% Mg, eu adaosuri de crom i unul din elementele galiu, cadmiu, bismut, bor, toriu, hafniu, lantanide, litiu, germaniu, cobalt, zinc, mangan, cupru, titan etc.

2.1.2. Clasificare dup domeniul de utilizare

Aliajele de aluminiu dup proprieti i domeniile de utilizare pot fi grupate in urmtoarele categorii: antifriciune, pentru pistoane cu conductibilitate electric buna, anticorosive, refractare, criogenice, pentru achiere pe strunguri automate, eu proprieti mecanice deosebite, pentru mbinri sudate, superplastice, cu memorie, magnetice, pentru turnarea sub presiune, pentru industria chimica, alimentara, navala, in aeronautica, in construcia de autovehicule etc.

Aliajele antifriciune au rezisten la oboseala relativ nalta, suporta solicitri puternice i sunt caracterizate printr-o rezisten mare 1a uzura, refractaritate buna, se comporta corespunztor n regim de ungere limitat i poseda rezisten 1a coroziune in mediu de 1ubrifianti, comparabil cu a1te categorii de materiale metalice pentru lagare. Fac parte din sistemele:

Al-Sb-Pb-Mg cu 3,55% Sb, 0,5... 0,7% Mg, 45% Pb;

Al-Sn-Cu-Ni cu 5...6,5% Sn, 0,5.. .1,5% Ni, 0,51,5% Cu;

Al-Sn-Cu cu 30% Sn, 23% Cu;

Al-Fe-Cu-Si-B cu 55,5% Cu, 0,50,6% Fe, 0,4...0,5% Si, 1... 1,5% B;

Al-Si-Zn cu 12...15%, Si, 36% Zn i adaosuri de 1% (Ni, Cu, Pb), respectiv 0,5% Mg;

AI-Pb-Sb-Sn cu 2...4% Pb, 2...3% Sb, 0...2% Sn etc.

Aliajele pentru pistoane sunt materiale metalice complexe pe baza sistemului Al-Si, avnd ca elemente de aliere cupru, nichel, magneziu, mangan, crom, cobalt, titan. Compoziiile reprezentative sunt siluminul eutectic cu adaos de 0,5...1,5% Cu, 0,7...1,3% Mg, 1,2...3%Ni, maximum 0,2%Ti, maximum 0,3%Cr i siluminurile hipereutectice cu 1830% Si, avnd ca adaosuri 1,21,8% Cu, 0,81,2% Mg, 0,81,5% Ni, 0,3...0,7% Mg, 0,8...1,5% Co, 0,1...0,2% Ti, 0...0,7% Fe. Aceste materiale metalice au rezisten la traciune i duritate suficient de mari la 300C, stabilitate mare a dimensiunilor, conductibilitate termica buna, rezisten la uzura i la coroziune, mare. Primele au proprieti de turnare deosebite i rezisten mare la temperaturi nalte i la oxidare in gaze, iar ultimele au rezisten mai buna la uzura si coeficient mai mic de dilatare termica.

Aliaje cu conductibilitate electrica mare sunt reprezentate prin aluminiul metalic rafinat sau nerafinat cu un anumit coninut de impuriti. In aceasta categorie este inc1us i aluminiul microaliat cu fier, nichel, cobalt, cupru, magneziu, siliciu, zirconiu, niobiu, bor, beriliu, stibiu, aur, ytriu, plumb, erbiu, toriu etc. Meninerea coninutului acestor adaosuri in limitele 0,01...0,5% permite dublarea proprietilor mecanice i meninerea conductibilitii electrice la valori de 5262% I A C S.

Aliajele de aluminiu cu rezisten buna i foarte buna la coroziune, cu utilizri largi in industria chimica i navala fac parte din sistemele AI-Mn, AI-Mg, AI-Mg-Si, AI-Si-Mg, Al-Si, AI-Si-Mg- Lantanide, AI-Mg-Si-Cd, AI- Lantanide, avnd ca elemente de aliere stibiu, titan, beriliu, bor, crom, cobalt. Aliajele binare ale aluminiului cu siliciu i magneziu rezista bine la coroziune in apa de mare, in mediu umed, in atmosfera de bioxid de carbon, in acid azotic concentrat, amoniac, apa oxigenata, alcooli, acizi grai, produse de descompunere ale petrolului. Aliajele pe baza sistemului AI-Mg i mai complexe au cea mai mare rezisten la coroziune care poate fi mbuntit printr-o oxidare anodica.In cazul folosirii la temperaturi mai mari de 200C in contact cu aburul se prefera aliajul pe baza sistemului AI-Fe-Ni: condiia eseniala este ca in aceste aliaje coninutul de siliciu sa fie ct mai mic posibil. S-a constatat ca un adaos de 0,1...0,3% Zr exercita un efect favorabil, mrind stabilitatea in funcionare. Pentru placare se utilizeaz aluminiul metalic, aliajele de aluminiu cu zinc (1%), aliajele de AI-Zn- Lantanide i aliajele AI-Zn-Mg microaliate cu zirconiu, staniu i mangan, iar pentru nveliurile de cabluri sunt folosite materialele metalice pe baza sistemului AI-Zr-B.

Aliajele de aluminiu rezistente la temperaturi nalte fac parte din sistemele AI-Cu-Mg-Mn, AI-Cu-Si-Mn, AI-Cu-Si, AI-Si-Cu, AI-Zn- Lantanide, ceraluminurile, AI-Cr-Zr, AI-Cr-Fe, Al-Be-Mg, AI-Ni-Fe etc. avnd adaosuri argint, aur, cadmiu, crom.

In prezent, sunt efectuate numeroase studii privind obinerea unor aliaje de aluminiu refractare, utiliznd in calitate de elemente de aliere metale din grupa lantanidelor. Astfel, de - exemplu daca aliajului cu 0,81,3% Zn, i se adaug 0,030,5% lantanide, acesta poate funciona in domeniul de temperatura de 300...400C, avnd la 350C, R = 1214 daN/mm2. Marea majoritate a elementelor din grupa lantanidelor (Ce, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Sc, Y, Er, Gd) mbuntesc proprietile de refractaritate fr a influenta negativ plasticitatea.

Aliajele de aluminiu utilizate in criogenie fac parte din sistemele Al-Au pentru confecionarea conductoarelor, Al-Ni, cu adaosuri de vanadiu, molibden i mangan (cele cu 3%Ni pn la -100C, cele cu 5% Ni pn la -126C, respectiv cele eu 9% Ni pn la -196C) i aliajele din sistemele Al-Mg, Al-Mn i Al-Mg-Mn-Cr, cu limitarea coninutului de fier, siliciu, cupru i zinc, AI-Zn-Mg-Cu, AI-Si-Mg pentru executarea rezervoarelor de transport a gazelor lichefiate - etilena, argon, oxigen, azot, heliu, hidrogen etc., in instalaiile frigorifice i la construcia rachetelor care funcioneaz cu oxigen i hidrogen lichid.

Aliajele de aluminiu proprieti de achiere deosebite se obin pe baza sistemelor AI-Cu-Mg, AI-Mg-Zn, avnd ca elemente de aliere staniu, plumb, bismut, cadmiu i stibiu. Aceste materiale metalice permit nlocuirea multor piese prelucrate din otel, bronz sau alama, ceea ce se repercuteaz in practica prin eficienta economica substaniala. Astfel, de exemplu, daca in aliajele ce conin 3,5...4,5% Cu, 0,8...1,4%Mg, 0,61,2%Mn, 0,4...0,6% Si se adaug 1...3% (Sb +

+ Sn + Bi + Cd + Pb), proprietile de achiere sunt comparabile cu ale alamelor cu plumb.

Aliajele de aluminiu cu proprieti mecanice ridicate, R > 40 daN/mm2, sunt comparabile cu aliajele pe baza de cupru cu unele mrci de oteluri i chiar cu titanul metalic, dar au greutate specific mult mai mica. Din aceasta categorie fac parte aliajele din sistemele AI-Cu-Mg i AI-Zn-Mg-Cu. Rezistena mecanic nalta a acestor materiale metalice se realizeaz dup un tratament termic de durificare naturala i artificiala, de obicei in mai multe trepte.

Pentru diminuarea unora dintre defectele acestor aliaje (rezistenta redusa la coroziune in stare tensionata, tendina de fisurare la cald in timpul turnrii, micorarea proprietilor mecanice prin sudare i placare), se introduc diferite elemente de aliere - crom, cadmiu, litiu, zirconiu, cobalt, ytriu, beriliu, bor, titan, ceriu, tantal, nichel; se folosesc in compunerea ncrcturii materiale de puritate avansata i sunt elaborate in cuptoare eu inducie cu conducerea dirijata a procesului de solidificare. Dintre compoziiile cunoscute, doua ating proprietile cele mai bune, i anume: compoziia cu 7...11% Zn, 2,5. . .4%Mg, 1...2,6%Cu, 0,21,2%, Mn, 0,10,3% Zr, 0,020,3%, Ti, 0,00050,2%Be, 0,05...0,3% Co, 0,005... 0,2% Nb, care mai poate conine cadmiu, wolfram, fier, siliciu, in proporie de 0,001... 0,2%; aceasta compoziie permite obinerea produselor presate dup tratamentul termic de clire i mbtrnire cu R = 7378 daN/mm2, R0.2 = 6975 daN/mm2, A = 35%; compoziia cu 5,5... 7,5% Zn, 2,3...3%Mg, 2...2,6% Cu, 0,25...1% Zr, 0,2...0,4% Mn, 0,12...0,25% Cr, 0,1... 0,5% Ni, 0,4... 0,8% Fe, 0,005... 0,1% B, 0,05...0,2%Y, are R = 7987daN/mm2, A = 610% dup prelucrare i tratament termic.

Aliajele de aluminiu pentru mbinri sudate au la baza urmtoarele sisteme: AI-Zn-Mg, cu adaosuri de cupru, mangan i crom; AI-Si-Mg, cu adaosuri de cupru, mangan, crom respectiv AI-Cu-Mg; AI-Mg-Zn, cu adaosuri de beriliu (antiscntei). Primele sunt destinate pentru confecionarea recipientelor, a caroseriilor, iar ultimele pentru construcia utilajului minier, in special a utilajului folosit in minele de crbune.

Aliajele de aluminiu superplastice sunt compoziiile care in anumite domenii de temperatura au alungirea mai mare de 100%. Aceste proprieti pot fi folosite pentru a modela din aceste materiale metalice diferite produse de forme i dimensiuni convenabile. Compoziiile cele mai cunoscute sunt: 25% Cu, 11% Mg; 14.1%Cu, 4,7%Ni; 8,8%Mg, 4,7%Si; 9,5% Mg, 3,4%Si; 11% Si, 4,9% Ni; 10,7% Zn, 1,9% Mg, 0,4%Zr; 5% Zn, 1% Mg, 0,9% Zr; 6%Cu, 0,5% Zr; 8% Zn, 1% Mg, 0,5%Zr, care, in intervalul de temperatura 400550C au A = 200..2 000%.

Aliajele de aluminiu cu memorie se caracterizeaz prin faptul ca in anumite condiii de temperatura posed coeficieni de dilatare superiori. Compoziia cea mai cunoscuta conine 50% AI, 50% Ti i are in domeniul de temperatura -20-80C un coeficient de dilatare de 100...300.

Aliajele magnetice fac parte din sistemele AI-C-Mn, respectiv

AI-C-Mn-X, unde X poate fi bor, azot, titan, paladiu, bismut, vanadiu, argint, fier, molibden, nichel, germaniu, niobiu, cobalt, plumb, zinc, ceriu, samariu in cantiti de maximum 6%. Compoziia aliajului variaz in limitele 68...78% Mn, 0,1...4%C, 6% elemente nsoitoare prezentate mai sus, restul % Al. In sistem, apare combinaia Mn3AlC. cu proprieti magnetice. Se aplic un tratament termic de meninere la 1100C. clire in apa, prelucrare prin deformare la 450750C i meninere la 500C.

In categoria aliajelor pentru turnarea sub presiune sunt incluse siluminurile eutectice, siluminurile cu cupru i zinc i aliajele aluminiului cu magneziul, avnd ca elemente de aliere cadmiu, titan, bor, beriliu, fier, litiu, 1antanide. Primele sunt destinate turnarii pieselor cu perei subiri i etani de forma complicata, iar ultimele pentru turnarea pieselor de forma relativ complicata i cu perei groi.

In industria alimentara i pentru ambalaje sunt utilizate aliajele pe baza sistemelor AI-Mg, AI-Mn, AI-Mg-Mn care au ca elemente de aliere magneziu, mangan sau crom, iar ca impuriti fier i siliciu. De asemenea, este larg folosit aluminiul obtinut in urma procesu1ui de electroliza, precum i aluminiul microaliat.

In industria aeronautic sunt utilizate aliajele cu proprieti mecanice superioare i cu rezisten buna la coroziune. Sunt mult folosite aliajele din sistemele A1-Cu-Mg: 2014, 2024, 2048, 2124, 2419; de asemenea, ce1e din sistemele: A1-Zn-Mg-Cu: 7175, 7475, 7049, 750 A T 0, 7079. Caracteristic pentru aceste aliaje este prezena in structura a unor adaosuri de crom, cobalt, zirconiu, nichel, cadmiu, argint, litiu, lantanide, beriliu, bor etc. In u1timu1 timp, rezultate deosebite au fost obinute pentru aliajele din sistemul AI-Zn--Mg microaliate cu litiu, titan, crom etc. i limitnd coninutul de cupru. Compoziiile recente de aliaje de aluminiu pentru aviaie conin 10...30% Be, 0,5...10% Mg, 0,01... 1%Ti, 0,050.8% Zr; 5% Zn, 1,5%Mg, 0,50,7% Li, cu adaosuri de 0,3% Mn, 0,15% Cr care rezist foarte bine la coroziune sub sarcina; 5,2% Ce, 4,2%Ni, 1,2% Mn care poate fi folosit pn la temperatura de 400oC.

Aliajele de aluminiu pentru industria aerospaial i in aviaia supersonica au de regula o compoziie complexa, ca de exemplu: 3,5...8% Zn, 1,2...4,5% Mg, 0,3...1,5% Cu, 0,1...1.2% Mn, 0,10,5% Cr, 0,005... 0,2%B, 0,021%Be, 0,05... 0,085%Si, 0,21,2% (Ni+Co), 0,2... 1,2% Fe, 0,05... 1,2% (Zr+Hf). Brevetul arata ca daca aliajul conine litiu, molibden, vanadiu, titan in proporie de 0,2...1,2%, se obin produse cu proprieti mecanice superioare i cu rezisten deosebita la coroziune i uzura sau 2,84,2%Mg, 46% Zn, 0,050,25% Mn, 0,020,08% Ti, 0,020,08% Zr, 0,0010,02% Be, 0,050,13%Cd, 0,050,25% Cr, 0,0010,11%Y.

Deasemenea, aliajele AI-Mg microaliate cu calciu, bor, crom, galiu, cadmiu, thoriu, lantanide, telur, litiu, germaniu, cobalt, respectiv aliajele AI-Mg-Si microaliate cu mangan, cupru, crom, titan, beriliu, bor, care poseda rezisten foarte buna 1a coroziune i proprieti mecanice superioare, pot fi utilizate pentru turnarea pieselor puternic solicitate (supuse la lovituri) ale avioanelor i rachetelor.

In industria de automobile, aliaje1e de aluminiu se folosesc sub forma de piese turnate, forjate sau matriate, semiproduse obinute prin deformare, table, profile, bare etc. i au la baza urmtoarele sisteme: AI-Si hipoeutectice, eutectice i hipereutectice cu adaosuri de bor, beriliu, titan, mangan, cadmiu, zirconiu, lantanide; Al-Si-Mg, Al-Si-Cu cu adaosuri de mangan, beriliu, cadmiu, molibden, titan, crom, zirconiu; AI-Cu-Mg cu adaosuri de litiu, cadmiu, nichel, titan; AI-Mg i AI-Mg-Zn cu adaosuri de mangan, crom, beriliu; AI-Si-Mg cu mici adaosuri de cupru, mangan, crom, cu limitarea coninutului de fier i siliciu.

Pentru caroseria automobilelor in prezent o larga utilizare au aliajele pe baza sistemului Al-Mg cu 2...6% Mg, microaliate pentru finisarea structurii cu 0,010,2% Ti, 0,001...0,1% B i avnd unul sau mai multe elemente din grupa 0,05...1,5% Mn, 0,05...0,3% Cr, 0,05...0,3% Zr, 0,05...0,2% V, 0,05 0,2% Mo, care se prelucreaz foarte bine i rezista excelent la coroziune.

Se recomanda ca la proiectarea materialelor metalice cu baz de aluminiu pentru diferite scopuri, sa se aib In vedere urmtoarele:

Solicitrile la care este supus materialul metalic n timpul exploatrii i mediul in care lucreaz;

Proprietile care se pot realiza n funcie de puritatea materialelor care compun ncrctura, performantele agregatelor i utilajelor de elaborare, turnare i prelucrare, calificarea i competenta profesionala a personalului de conducere i deservire;

Posibiliti de mbuntire a proprietilor prin tratament termic

i modul de prelucrare;

Factori de economicitate i productivitate.

2.1.1.3. Clasificare dup elementul principal de aliere

innd cont de acest criteriu, aliajele de aluminiu se mpart n nou grupe:

Codificare Element principal de aliere

1xxxAl nealiat (pur) >99% Al

2xxxCuprul este principalul element de aliere, pot fi specificate i alte elemente de aliere (magneziu).

3xxxPrincipal element de aliere Mn

4xxxPrincipal element de aliere Si

5xxxPrincipal element de aliere Mg

6xxxPrincipal element de aliere Mg i Si

7xxxZinc principal element de aliere i pot fi specificate i alte elemente ca Cu, Mg, Cr, Zr.

8xxxAlte elemente (incluznd compoziii cu Sn i Li)

9xxxRezervat pentru viitor

Seria 1xxx. Aceast categorie de materiale este caracterizat printr-o excelent rezisten la coroziune, conductivitate electric i termic mare, proprieti mecanice sczute, prelucrabilitate ridicat. Principalele impuriti sunt fierul i siliciul.

Seria 2xxx. Aceste aliaje necesit tratamente termice de punere n soluie pentru a se obine caracteristici mecanice ridicate; dup aceste tratamente, proprietile mecanice sunt similare cu a unor oeluri cu coninut sczut de carbon. Aliajele din seria 2xxx nu au o buna rezisten la coroziune ca alte aliaje de aluminiu si in anumite condiii sunt supuse coroziunii intergranulare. Aceste aliaje sunt bune pentru repere care necesita o buna rezisten la temperaturi peste 150oC. Cu excepia aliajului 2219, aceste aliaje au o sudabilitate limitata, dar o parte din aliajele acestei serii au o prelucrabilitate superioara.

Seria 3xxx. In general aceste aliaje nu se pot supune tratamentului termic dar au o rezisten mecanica cu aproximativ 20% mai mare dect aliajele din seria 1xxx. Deoarece numai un mic procent de mangan (pana la 1,5%) poate fi adugat in aluminiu, manganul este folosit ca element principal de aliere numai in cteva aliaje.

Seria 4xxx. Principalul element ntlnit in seria aliajelor 4xxx este Siliciul, care poate fi adugat in cantiti suficiente (pana la 12%) pentru a micora substanial temperatura de topire. Din aceasta cauza aliajele aluminiu-siliciu sunt folosite ca electrozi de sudura pentru aliaje de aluminiu cnd este necesara o temperatura de topire mai mica dect cea a materialului de baza. Aliajele care conin cantiti considerabile de siliciu capt o culoare gri nchis spre cenuiu, iar atunci cnd sunt finisate prin oxidare anodica se pot folosi pentru aplicaii arhitecturale.

Seria 5xxx. Principalul element de aliere al acestei serii este Magneziul, iar cnd este folosit ca element major de aliere cu sau fr mangan, rezultatul este un aliaj durificabil cu o rezistent mecanica moderata sau ridicata. Magneziul este considerabil mai eficient dect manganul ca durificator, astfel nct cca. 0,8% magneziu echivaleaz cu 1,25% mangan si acesta poate fi adugat in cantiti considerabil mai ridicate. Aliajele acestei serii poseda o sudabilitate buna si o buna rezisten la coroziune in atmosfera marina. Totui, exista limite in ceea ce privete prelucrarea la rece si temperatura de lucru pentru aliajele cu coninut sczut de magneziu, pentru a evita apariia fisurilor datorita coroziunii la materialele aflate in tensiune, se mrete coninutul de magneziu.

Seria 6xxx. Aliajele acestei serii conin siliciu si magneziu aproximativ in cantitile necesare formarii compusului Mg2Si, totui facondu-le tratabile termic. dei nu sunt la fel de rezistente ca aliajele 2xxx si 7xxx, aceste aliaje au o buna sudabilitate, prelucrabilitate si o rezisten destul de buna la coroziune. Aliajele care aparin acestui grup de materiale se pot trata termic, prin T4 (tratament termic de punere in soluie dar nu tratament de precipitare) si durificabile prin T6.

Seria 7xxx. Zincul, in cantiti de 1% pana la 8% este elementul major de aliere pentru aliajele acestei serii, iar cnd este cuplat cu mici procente de magneziu se obin aliaje tratabile termic cu rezistenta moderata sau foarte ridicata. In general, elemente precum cuprul si cromul, sunt si ele adugate in cantiti mici. Aliajele seriei 7xxx sunt folosite pentru producerea de materiale necesare pieselor in micare, structuri din domeniul aeronauticii si alte componente supuse tensiunilor ridicate. Aliajele acestei serii, care au o rezisten ridicata, reprezint cea mai buna combinaie a rezistentei mecanice cu rezisten la coroziune si duritate.

Tabelul 2.1. Simbolizarea aliajelor de aluminiu

Tipul aliajuluiClasaSeriaElemente principale de aliere

DEFORMABILETratabile termic 2xxx 6xxx 7xxxCu, (Mg) Mg, Si Zn, Mg, (Cu)

Netratabile termic 1xxx 3xxx 5xxxAl pur Mn, (Mg) Mg

TURNATETratabile termic 2xx.x 3xx.x 7xx.xCu Si, Cu/Mg Zn, (Mg)

Netratabile termic1xx.x 4xx.x 5xx.xAl pur Si Mg

Se utilizeaz un numr format din 4 cifre (ex. 1060, 2024, 6061).

Prima cifr definete clasa de aliaje.

A doua cifr definete variaia aliajului original; aceast cifr este zero (0) pentru compoziia original, unu (1) pentru prima variaie, doi (2) pentru a doua variaie etc.; variaiile sunt definite prin diferenele n unul sau mai multe elemente de aliere de la 0,15% la 0,5% sau mai mult.

A treia i a patra cifr desemneaz aliajul specific din serie; nu exist o semnificaie special a acestor cifre cu excepia seriei 1xxx.

Tabelul 2.2. Principalele elemente de aliere n aliajele deformabile

AliajElement principal de aliere

1000Al pur, fr elemente de aliere, pot fi prezente impuriti

2000Cu

3000Mn

4000Si

5000Mg

6000Mg i Si (care formeaz Mg2Si)

7000Zn (conine Cu i Mg)

8000alte elemente (ex. Fe, Sn)

9000neatribuit

Tabelul 2.3. Compoziia aliajelor de aluminiu deformabile, % masiceAliajSiCuMnMgCrNiZnTi

1060--------

1100--------

1145--------

1350--------

20080,650,9-0,38----

2010-1,00,250,7----

2011-5,5------

20140,84,40,80,5----

20170,54,00,70,6----

2024-4,40,61,5-----

20250,84,40,8-----

2036-2,60,250,45----

2117-2,6-0,35----

2124-4,40,61,5----

2195-4,0-0,5----

2219-6,30,3----0,06

2319-6,30,3----0,15

26180,182,3-1,6-1-0,07

3003-0,121,2-----

3004--1,21----

3005--1,20,4----

3105--0,60,5----

403212,20,9----0,9-

40435,2-------

46434,1--0,2----

5005---0,8----

5050---1,4----

5052---2,50,25---

5056--0,125,00,12---

5083--0,74,40,15---

5086--0,454,00,15---

5154---3,50,25---

5183--0,84,80,15---

5356--0,125,00,12--0,13

5454--0,82,70,12---

5456--0,85,10,12---

5457--0,31,0----

5554--0,82,70,12--0,12

5556--0,85,10,12--0,12

5657---0,8----

5754--0,53,10,3---

60050,8--0,5----

6009--------

60130,80,80,51,0----

60530,7--1,20,25---

60610,60,28-1,00,2---

60630,4--0,7----

60661,41,00,81,1----

60701,40,280,70,8----

61010,5--0,6----

61110,850,70,280,75----

61510,9--0,60,25---

62010,7--0,8----

62620,60,28-1,00,09---

63511,0-0,60,6----

69510,350,28-0,6----

7005--0,451,40,13-4,50,04

7049-1,6-2,40,16-7,7-

7050-2,3-2,2--6,2-

7072------1,0-

7075-1,6-2,50,23--5,6-

7116-0,8-1,1--4,7-

7129-0,7-1,6--4,7-

7175-1,6-2,50,23-5,6-

7178-2,0-2,80,23-6,8-

7475-1,6-2,20,22-5,7-

8017-0,15-0,03----

8090-1,3-0,95----

81760,09-------

Simbolizarea aliajelor de turntorie

Se utilizeaz 4 cifre ca i pentru aliaje deformabile (tabelul 2.4), cu unele excepii.

Prima cifr indic grupa de aliaje. Obs. Aliajele 6xxx nu se utilizeaz.

A doua i a treia cifr indic un anumit aliaj sau pentru seria 1xx.x indic puritatea.

A patra cifr indic forma produsului:

-pentru seria xxx0 indic limita elementelor de aliere;

-pentru seria xxx2 indic faptul c produsul turnat are limite de compoziie pentru obinerea unor proprieti specifice.

Tabelul 2.4. Principalele elemente de aliere n aliaje de turntorie

AliajElement principal de aliere

1xx.xAl pur, max. 99,00%

2xx.xCu

3xx.xSi, cu adaos de Cu i/sau Mg

4xx.xSi

5xx.xMg

7xx.xZn

8xx.x Sn

9xx.xalte elemente

6xx.xneatribuit

Tabelul 2.5. Compoziia aliajelor de aluminiu de turntorie, % masice

AliajSiCuMnMgCrNiZnTi

201.0-4,60,350,35---0,25

204.0-4,6-0,25----

A206.0-4,60,350,25---0,22

208.03,04,0------

213.02,07,0----2,5-

222.0-10,0-0,25----

224.0-5,00,35-----

240.0-8,00,56,0-0,5--

242.0-4,0-1,5-2,0--

A242.0-4,1-1,40,22,0-0,14

295.01,14,5------

308.05,54,5------

319.06,03,5------

328.08,01,50,40,4----

332.09,53,0-1,0----

333.09,03,5-0,28----

336.012,01,0-1,0-2,5--

354.09,01,8-0,5----

355.05,01, 25-0,5----

C355.05,01,25-0,5----

356.07,0--0,32----

A356.07,0--0,35----

357.07,0--0,52----

A357.07,0--0,55---0,12

359.09,0--0,6----

360.09,5--0,5----

A360.09,5--0,5----

380.08,53,5------

A380.08,53,5------

383.010,52,5------

384.011,23,8------

B390.017,04,5-0,55----

413.012,0-------

A413.012,0-------

443.05,2-------

B443.05,2-------

C443.05,2-------

A444.07,0-------

512.01,8--4,0----

513.0---4,0--1,8-

514.0---4,0----

518.0---8,0----

520.0---10,0----

535.0--0,186,8---0,18

705.0--0,51,60,3-3,0-

707.0--0,52,10,3-4,2-

710.0-0,5-0,7--6,5-

711.0-0,5-0,35--6,5-

712.0---0,580,5-6,00,2

713.0-0,7-0,35--7,5-

771.0---0,90,4-7,00,15

850.0-1,0---1,0--

851.02,51,0---0,5--

852.0-2,0-0,75-1,2--

Aliajelor deformabile se utilizeaz datorit urmtoarelor avantaje:

Rezisten la coroziune excepional (1xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx n special) ca urmare a:

-formrii unui strat de oxid la suprafa,

-depunerii de straturi subiri (ex. anodizare);

Conductivitate termic bun;

Conductivitate electric excepional (Al pur i unele aliaje);

Raport rezisten/mas ridicat;

Rezilien excepional i capacitate mare de absorbie a energiei: ex. aliajele 2124, 7050 i 7475 se pot utiliza n aeronautic pentru aplicaii critice;

Rezisten mare la temperaturi joase (criogenice): ex. aliajele din seriile 3xxx, 5xxx i 6xxx;

Rezisten mare la oboseal, comparabil pentru multe aliaje cu cea a oelului;

Modul de elasticitate ridicat (1/3 din modulul de elasticitate al oelului);

Deformabilitate bun prin diferite tehnologii;

Uurina mbinrii prin sudare, brazare, lipire, nituire, fixare cu uruburi; 27 Reciclabilitate uoar.

Aliajele de turntorie sunt agreate pentru urmtoarele caliti:

Proprieti excelente de turnare:

fluiditate (aliaje cu coninut mare de Si),

capacitate de umplere a formelor, ex. aliajele cu coninut mare de Si (3xx.x)

Rezisten mecanic mare:

poate fi mbuntit prin tratament termic sau rcire rapid

se pot obine rapoarte nalte rezisten mecanic/mas, ex. aliajele 2xx.x au rezisten mecanic mare dar au fluiditate redus

Calitatea suprafeei foarte bun:

- la alegerea unor compoziii corespunztoare, ex. aliajele 5xx.x i 7xx.x sunt susceptibile la lefuire dar au fluiditate redus

_1067960371.unknown