Aluminiu si aliajele de aluminiu

Aluminiu si aliajele de aluminiu .

1. Aluminiu .

Aluminiu este un metal usor, cu conductivitate termica si electrica ridicata si plasticitate buna. Desi cristalizeaza in sistemul cubic cu fete centrate ,microstructura este formata din poliedre fara macle. Are rezistenta buna la coroziune datorita formarii unei pelicule subtiri dar compacte de Al₂O₃.

O pelicula compacta, fara defecte se poate forma prin oxidare anodica, procedeul purtand denumirea de eloxare. Datorita acestor proprietati aluminiu pur este intrebuintat in industria electrotehnica, chimica si alimentara.

Rezistenta la rupere si duritatea aluminiului sunt relativ mici, iar prin ecruisare nu se obtin modificari considerabile ale acestor valori. Din acest motiv, modificarea proprietatilor mecanice se realizeaza mai ales prin aliere cu elemente ce formeaza

Figura 1. Aluminiu tehnic cu impuritati

de Al₃Fe. MOx100

fie solutii solide, fie compusi intermetalici cu Al. Aluminiu tehnic poate contine pana la 0,5% impuritati, principalele fiind Fe si Si. Fierul nu se dizolva in Al, ci formeaza un compus Al₃Fe. Eutecticul Al-Al₃Fe cristalizeaza pe marginea grauntilor de Al marind fragilitatea metalului ( figura 1. ) .

Aluminiu formeaza cu Si, Cu, Mn o serie de aliaje interesante pentru industrie.

2. Aliaje Al-Si ( Siluminuri )

Aliajele Al-Si tehnice contin pana la 20% Si si se impart in trei categorii ( figura 2. ) .

-siluminuri cu aproximativ 7% Si, cu rezistenta mecanica redusa, iar tenacitatea si rezistenta la coroziune buna, destinate in special accesoriilor din industria alimentara;

-siluminuri de turnatorie cu continuturi de Si apropriate cu cea eutectica ;

-siluminuri hipereutectice cu 18.20% Si destinate confectionarii pistoane- lor speciale pentru motoare cu ardere interna .

Figura 2. Diagrama de echilibru Al-Si.

Siluminurile au proprietati bune de turnare, sudabilitate cu flacara oxiacetilenica si nu sunt sensibile fisurarii la cald. Structura si proprietatile aliajelor de turnatorie depind in mare masura de modul de elaborare si turnare. Structura unui aliaj AT Si nemodificat, turnat in forma temporara este redata in figura 3. Se remarca formatiuni de Si primar si eutectic a+Si grosolan. Aceasta structura este caracterizata prin valori de rezistenta si plasticitate mici. Daca se procedeaza la

Fig 3. Silumin nemodificat turnat Fig 4. Silumin modificat in forma temporara. turnat in forma temporara.

MOx100 .   MOx500 .

modificare, de exemplu cu natriu metalic si saruri ( cloruri sau fluoruri de sodiu ), structura acestui aliaj apare ca la siluminiu hipoeutectic ( figura 4. ) , iar proprietatile sunt imbunatatite.

Figura 5. Silumin turnat

O asemenea structura si ca atare proprietati ameliorate se obtin de asemenea daca turnarea aliajului se face in cochila ( figura 5 ) .

Figura 6. Aliaj Al-Si cu 18% Si,

modificat cu fosfor. MOx100 .

Pentru a se evita efectul de fragilizare a Fe si a modifica proprietatile de rezistenta se introduc adeseori in aliaje Al-Si in cantitati mici Mn, Cu sau Mn, mai ales cele cu continut mic in Si.

Siluminurile hipereutectice  ( 18.20% ) se modifica cu fosfor, ceea ce le asigura o structura fin eutectica, cu formatiuni fine, cu colturi rotunjite de Si proeutectic ( figura 6. ) si au de obicei 1% Cu si 1% Ni si sunt aliaje cu o stabilitate termica ridicata si caracteristici bune la uzura.

3. Aliaje Al-Cu si complexe .

Aliajele Al-Cu utilizate curent ( STAS 7608-66 ) se impart in : durificabile prin imbatranire cu un continut mediu de 4% Cu si de turnatorie cu 8 respectiv 10% Cu. Din diagrama de echilibru Al-Cu se constata ca aliajul AlCu 4 e situat in domeniu de concentratii dintre saturatia solutiei a la temperatura ambianta si saturatia solutiei a la temperatura eutectica. In stare turnata structura este formata din poliedre de solutie solida a inconjurata de o retea de compus Al₂Cu  ( figura 7. ). Prin calire din domeniul a si imbatranire, compusul Al₂Cu precipita fin globular ( figura 8. ) provocand o crestere a duritatii, a rezistentei la rupere si uzurii.

Fig 7. Aliaj Al-Cu, cu 4% Cu,  Fig 8. Aliaj Al-Cu, cu 4%

turnat. MOx450 . Cu, calit si revenit. MOx450

O alta categorie de aliaje complexe, durificabile este cunoscuta sub denumirea de duraluminiu, care contin drept elemente de baza Al, Cu, Mg, Mn. Adeseori se mai adauga cantitati mici de alte elemente, ca de exemplu Ni, Zn etc. , pentru a actiona asupra anumitor caracteristici. Cele mai utilizate se pot clasifica in trei categorii mari :

-de mare plasticitate, cu 2.3,5 %Cu; 0,2.0,5% Mg si 0,2.0,5% Mn ;

-normale, cu 3,5.4,5% Cu; 0,3.0,8% Mg si 0,3.0,8% Mn ;

-de mare rezistenta, cu 3,6.5,2% Cu; 0,6.1,8% Mg si 0,6.1,2% Mn .

Aceste aliaje contin de obicei pana la 0,7% Si, respectiv Fe. Manganul mareste rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune, dar reduce plasticitatea.

Figura 9. Duraluminiu laminat si recopt. MOx500

Celelalte elemente formeaza compusi Al₂Cu; Mg₂Si; Al₂Mg; CuMgAl₄ etc. , care au o solubilitate valabila cu temperatura in solutie solida a si o durifica.

In stare laminata si recoapta structura este formata din solutie a cu precipitari de compusi intermetalici ( figura 9. ) .

Figura 10. Duraluminiu calit si revenit. MOx500

La incalzirea aliajului in intervalul de temperaturi 773.783^oK compusii se dizolva in solutie solida a, iar daca racirea se face brusc se obtine o solutie suprasaturata.

Aceasta este nestabila si se descompune chiar la temperatura ambianta, in sensul ca compusii intermetalici precipita globular in poliedre de solutie a ( figura 10. ) provocand o durificare suplimentara.

Duritatea si rezistenta maxima se obtin daca aliajul calit este depozitat 5.7 zile la temperatura ambianta, deoarece gradul de finete al precipitarilor este mare. Durata precipitarii se scurteaza daca se incalzeste aliajul dorit la temperaturi de 420.450^oK timp de 2.4 ore, dar duritatea maxima ce se atinge este inferioara celei obtinute prin depozitare la temperatura ambianta.