MATERIALE METALICE IIALIAJELE ALUMINIULUIALIAJE DE TURNATORIE

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. CLASIFICAREA. Dupa natura aliajelorAl-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg; Al-Cu, Al-Cu-Mg-Mn, …B. Dupa tehnologia de obtinere a produselor

de turnatoriedeformabile - nu se intaresc prin TT

- se intaresc prin TTAliajele 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 + tenaceAliaje cu Li, Mg, Zn – Cu, …

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU

MODIFICAREA ALIAJELOR = Schimbarea caracteristicilor structurii primare (pt. imbunatatirea proprietatilor)

I: micsorarea dimensiunii grauntilor dendritici

II: schimbarea structurii interne a grauntilor dendritici primari >>> acentuarea ramificarii + subtierea ramurilor dendritice

III: schimbarea morfologiei si finetii eutecticelor

ALIAJELE CU BAZA ALUMINIU. MODIFICAREA

Modificarea de ordinul I: esentiala la Al tehnic si aliajele monofazice: tendinta mare 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 +Û+ a®+ LTiAl3

MODIFICAREA DE ORDINUL I

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 usoaraα: max. 1.65% / 577˚C; 0.005% / 20˚C

[β – solutie solida / Si ???]; Si – f.fragil!

Eutectic: 577˚C, 11.7%

Silumin hipoeutectic

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)

General: Turnabilitate foarte buna, proprietati mecanice relativ scazute

Rm = 130-260 MPa, A = 1-7%

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

Eutecticul: 3 variante de cristalizareLamelar (normal) – fragilRadial, acicular – la continut mare de P sau submodificareFibros – dupa modificare

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)Aliaj cu 12% Si 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 de 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 modificatStructura unui aliaj Al-Si cu 11-13.5%Si

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)

Eutectic fibros dupa modificare

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)

Efectul modificarii cu Na in diagrama Al-Si

Racire rapida (turnare in cochila) pt. piese cu pereti subtiri – efect similar modificarii

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)Siluminuri complexe

Aliere cu elemente care formeaza cu Si / Al faze solubile in α >>> durificare prin precipitare

Cele mai indicate elemente: Mg, Cu, Mn, Zn, …

Aliaje Al-Si-Mg : compusii Mg2Si si Al8Mg5 in urma TTadaus de 0.3 – 0.4% Mg: (Rm x 1.2; A x 2) dupa TT , rezistenta buna la

coroziune (scade prin adaos de Cu)

Ex. pt. auto / aero: 7%Si, 0.3%Mg, rest AlOmogenizare 450˚C / 12h; calire apa + imbatranire 155˚C / 6h

Rmmin=280MPa; Rp0.2min=210MPa; Amin=10%

Adaus suplimentar de Cu: creste rezistenta mecanica / scade rezistenta la coroziune si ductilitatea

>>> blocuri motoare, carcase de compresor, …

ALIAJE DE TURNATORIE. ALIAJE Al-Si (SILUMINURI)Siluminuri complexe

Al – Si – CuCu: Creste rezistenta mecanica, aschiabilitatea, refractaritatea;

Scade rezistenta la coroziune !!!Aliajele industriale: 3-13%Si; 2-6%Cu

Ex. 5%Si, 3%Cu, turnat in cochila, calit+imbatranit:max. Rm=250MPa; A=2%

Aliajele Al-Si-Cu-Mg (Ni): piese la solicitari mari si temperaturi inalte(pistoane, blocuri motoare)

Al – Si – Ni: rezistenta la temperaturi mai inalte si la coroziune in gazePentru pistoane / blocuri motoare

Al – Si – Mn: fluiditate foarte buna; rezistivitate mare (ρ=10 µΩ cm).Pentru rotoarele turnate ale motoarelor asincrone

ALIAJE DE TURNATORIE Al – Mg

α: max. 17.1% Mg (cfc)β: sol.sol. pe baza compusului Al3Mg2 (36.1 – 37.7%Mg) – hexagonal complex

f. fragil, se dizolva greu la incalzire – nici la incalziri peste solvus de 60-70 h

eutectic (α+β): 34.5% Mg / 450˚C

γ: sol.sol. pe baza compusului Al3Mg4 (41.5 – 59.8%Mg) – cubic complex

ALIAJE DE TURNATORIE Al – MgModificarea finetii ramurilor dendritice primare (de ordinul II)>>> grad mare de dispersie a porilor / suflurilor

/ incluziunilor nemetalice (+β)(si viteza de racire dar limitat pt. forme complexe)

1. adaosuri usor fuzibile (Ca, Pb, Na, …) - micsoreazatensiunea superficiala a topiturii

2. adaosuri greu fuzibile + superficial inactive (B, Zr, Nb, Ta >>> B2Al, ZrAl3, TaAl3,…)

Ex. Aliaj cu 10%MgNemodificat – Rm < 300MPa; Rp0.2 < 170MPa; A=10%Modif. cu Zr – Rm < 410MPa; Rp0.2 < 220MPa; A=20%

ALIAJE DE TURNATORIE Al – MgAliajele industriale intre 0.5 – 15% (3 – 12%);

hydronalium: 3, 5, 7, 9%MgIn special auto / aero

Avantaje: rezistenta mare, fara micsorare la rece (creste cu continutul de Mg)

Rm = 360 – 400MPa; A = 20 – 25% in stare recoaptaRm = 500 – 520MPa; A = 5 – 6% ecruisatdensitate mica, rezistenta buna la coroziune (apa de mare, solutii

slab alcaline); oxidabil prin procedee electrochimice

Dezavantaje: tendinta de oxidare le elaborare; fluiditate scazuta; tendinta de formare de retasura; sufluri; tendinta de fisurarelacald (turnabilitate scazuta)

OMOGENIZARE LUNGA !!!

ALIAJE DE TURNATORIE Al – MgAliaje superusoare: Al – Mg – Li Rezistenta mecanica f. ridicata prin T.T. (formare de LiAl, LiMgAl2) rezistenta mare la coroziune

Ex. A. 4.42%Mg, 2.26%Li: Recopt – Rm < 320MPa; A=16.5%Calit + imbatranit – Rm = 450-500MPa; A=13.4%

B. 6.67%Mg, 2.3%Li: Recopt – Rm < 370MPa; A=15.2%Calit + imbatranit – Rm < 470MPa; A=14.4%

ALIAJE DE TURNATORIE Al – Mg

Structura unui aliaj turnat cu 7% Mg

ALIAJE DE TURNATORIE Al – Zn

Solubilitatea Zn in Al: 82.2% (382˚C); 2% (20˚C)Descompunere spinoidala – 351.5˚C >>> α1 (16.5%) + α2 (59%) la 277˚C

Solubilitate mare >>> proprietati mecanice bune fara necesitatea unui T.T. (Rm > 180 MPa pentru binare si Al-Zn-Si cu 5-6% Zn)

ALIAJE DE TURNATORIE Al – ZnAliajele industriale: rezistenta mare la coroziune, aschiabilitate bunaAplicatii: in industria chimica (si eloxare), hidraulica, …

Pentru cresterea rezistentei: aliere suplimentara cu Mg / Cu>>> formarea de compusi solubili in α >>> durificare prin precipitare (calire + imbatranire)

Al-Zn-Mg (si complexe): 3-7.5%Zn, 0.4-4.5%Mg (+ Cu, Mn, …)Susceptibile la imbatranire naturalaTendinta de fisurare la cald – nu pt. temperaturi inalte

Ex. 4 – 6%Zn; 2.8 – 4.2%Mg + Mn, Ti, Cr, Be, Zr (sub 0.1%); rest AlTurnat in nisip: Rm = 400 – 450 MPa; A = 2 – 7%; 150 – 155 HBTurnat in cochila: Rm = 420 – 490 MPa; A = 3 – 9%; 150 – 155 HB

ALCOA 7178 (6.3-7.5%Zn; 2.4-3.1%Mg; 1.6-2.4%Cu; Cr, Ti; rest Al)

TT: Rm = 600 – 620 MPa; A = 8 – 12%; 150 – 170 HB

ALIAJE DE TURNATORIE Al – ZnAl – Zn – Cu (+Mn): aliaje de turnatorie / deformabile

Mn – formarea de compusi complecsi cu Fe, Al (Si)

>>> eliminarea efectului negativ al Fe

Ex. Aliaj cu 10-14% Zn; 2-3% Cu; (Mn, Fe, Mg) rest AlStare Rm

[MPa]Rp0.2

[MPa]A

[%]HB

Turnat in nisip 110 – 250 60 – 180 1 – 5 50 – 70

Turnat in cochila 150 – 300 80 – 200 2 – 6 80 – 100

Deformat 200 – 400 100 – 250 10 – 20 80 – 120

Deformat + T.T. 300 – 500 200 – 400 5 – 15 100 – 150

Proprietati foarte bune la temp. scazute: -200˚C crestere cu 20-30% a propr. mec.

Rezistenta f. scazuta la coroziune!!!

ALIAJE DE TURNATORIE Al-Cu

α c.f.c.max. 5.7% Cu (548˚C); max. 0.2% Cu (200˚C)

Θ compus Al2Cu

Eutectic – 33% Cu, 548˚C

ALIAJE DE TURNATORIE Al-CuAliaje de turnatorie I. < 5% Cu (+Mg, Mn)

II. 7 – 9% Cu + Fe, Si (Mn, Cr, Zn, …)III. 10 – 14% Cu (+0.1 – 0.3%Mg, Fe, Si)

I. Crestere liniara a rezistentei cu continutul de Cu (+1% Cu >>> + 140 – 210 MPa la Rm)

II. Rm max.=250MPa; Rp0.2max.=100MPa; A<2%

III. Aliaje pentru pistoane; contractia de solidificare < 1.2%

ALIAJE DE TURNATORIE Al-Cu

Aliajele binare: nu foarte folosite datorita tendintei de fisurare la cald

+ fluiditate mica

>>> adaosuri pentru turnabilitate si proprietati mecanice:

Be, Ti, Zr, Cd (solubilitate scazuta, rol de modificator); Mg, Si, …

Si Creste fluiditatea, fragilizeaza

Mg Creste rezistenta si duritatea; scade ductilitatea

Compusi ternari [CuMg9Al6, CuMgAl2] – cresc rezistenta la temp. inalte

Ex. 4%Cu; 2%Ni; 1.5%Mg – pistoane Diesel + chiulase racite cu aer

Hiduminium Y = 4%Cu; 1.5%Mg; 0.6%Fe; 2%Ni; 0.6%Mn

Rmmax.=280MPa; A=1%

Destinat ind. aero / navala / auto – rezistenta la coroziune mai buna

ALIAJE DE TURNATORIE Al-Cu

Aliajele Al-Cu-Mg-Ag: ( ∼ ) cele mai performante aliaje de turnatorie cu baza Al

Ex. 3.5-6%Cu; 0.15-0.9%Mg; 0.3-3%Ag; Fe, Mn, Si,…Rm = 400-500 MPa; Rp0.2 = 340 – 410 MPa; A = 2-4%; 110-130HB