MATERIALE METALICE II ALIAJELE DEFORMABILE CU BAZA ALUMINIU I. ALIAJE CARE NU SE INTARESC SI DURIFICA PRIN TRATAMENT TERMIC
MATERIALE METALICE IIALIAJELE DEFORMABILE CU BAZA ALUMINIU
I. ALIAJE CARE NU SE INTARESC SI DURIFICA PRIN TRATAMENT TERMIC
ALIAJE CARE NU SE INTARESC / DURIFICA PRIN TT~ Aliaje monofazice, cu buna plasticitate la rece / cald
Aluminiul tehnic (cu microalieri)
Microalierea pt. imbunatatirea propr. mecanice (Ni, Si, Zr, Sb, Ag, …)+ Zr, B, Be >>> deformare + T.T.: Rm < 340MPa; A < 11%
Conductori:pt. conductori solicitati mecanic: Mg + Si >>> Mg2Si (T.T.)
>>> creste Rm, scade conductivitatea (95-98%)
Conditii criogenice: + Au (max. 0.2%) >>> ρ < 5 x 10-8 µΩ cm la -200˚C
Aliaje Al-Mn
compus Al6Mn
eutectic 1.95%Mn/658˚C
α: max.1.82% Mn (temperatura eutectica);
max. 0.36% la 500˚C
Aliaje Al-Mn
Proprietati mecanice mai bune ca Al tehnic; Rezistenta buna la coroziune
Industrial: 1 – 1.6%Mn pt. piese in atmosfere corozive si solicitari medii
Cresterea continutului de Mn – Crestere Rm, scadere A
+ Mg >>> proprietati mecanice mai bune prin T.T.+ Si (max.0.5%) – tevi sudate pt. transportul apei
Aliaje deformabile Al – Mg
Contin 1 – 7%Mg pt. table subtiri, folii, produse deformate
Peste 7% - apare faza β >>> fragilitate
Proprietatile mecanice depind de continutul de MgRm < 590MPa; A < 35%
Ex. aliaje pt. ambutisare adanca (auto / aero)2-7% Mg, 0.1-0.2%Cr, 0.3-0.5%Mn
Aliaje deformabile Al – Mg
II. ALIAJE CARE SE INTARESC / DURIFICA PRIN TRATAMENT TERMIC
ALIAJE CARE SE INTARESC SI DURIFICA PRIN
TRATAMENT TERMIC
Contin elemente care formeaza compusi solubili la cald in solutia α (diagrame cu solubilitate limitata si variabila cu temperatura):
Mg, Cu, Li, (Si),…
>>> TRATAMENT TERMIC:
1. CALIRE PENTRU PUNERE IN SOLUTIE2. IMBATRANIRE NATURALA
ARTIFICIALA
DURALUMINURI
Aliaje Al-Cu-Mg-Mn:I. slab aliate: 2-3.5%Cu; 0.2-0.5%Mg; 0.2-0.5%Mn;II. mediu aliate: 2.5-4.5%Cu; 0.3-0.8%Mg; 0.3-0.8%Mn;III. inalt aliate: 3.6-5.2%Cu; 0.6-1.8%Mg; 0.6-1.2%Mn;
I. plasticitate mare, rezistenta mica;II. compromis intre I si II; cele mai folositeIII. rezistenta mare, plasticitate mica
Cu, Mg pt. cresterea rezistentei prin formarea de compusi(CuAl2, CuMgAl2, ...)
Mn pt. reducerea efectului negativ al Fe (formeaza compusiternari);
creste Rm si rezistenta la coroziunesub 1.2% datorita scaderii plasticitatii
T.T al duraluminului
Fe, Si impuritati (mai ales Fe)In suma < 0.5 – 0.6% datorita scaderii propr. mec. si tehnologiceDaca Fe > Si se formeaza cu Mn compusi cu efect mai mic
(FeMnAl6, CuFeMnAl6)Si mult - formare de siliciuri ternare – scaderea plasticitatii
- creste susceptibilitatea la imbatranire artificiala (Mg2Si)
Compusii cu Mg si Cu (CuAl2, CuMgAl2, …) se dizolva in α;participa la T.T.
Compusii cu Fe si Mn sunt insolubili >>> necesara omogenizare la 480 – 490˚C
In stare recoapta: structura α cu separari secundare (CuAl2, CuMgAl2, Mg2Si, CuMg4Al6)
T.T al duraluminului
T.T al duraluminului
Imbatranire: durificare prin precipitare (tendinta de formare de compusidispersi metastabili)
Mecanismul imbatranirii - precipitare continua in α: I. zone Guinier – PrestonII. precipitate intermediare III. precipitate de echilibru
Ex. pentru Al – Cu
I. GP (GP1) → II. Θ’’ (GP2) → II. Θ’ → III. Θ
Zonele Guinier – Preston: in solutia α suprasaturata, prin germinare omogenaDiscuri de 8 nm diametru / 0.3-0.6 nm cu ~ 90%CuPot fi considerate „clusters” (asocieri preferentiale de atomi)
pre-precipitateinterfata coerenta cu α
T.T al duraluminului
Interfatacoerenta
Interfatasemicoerenta
Interfata necoerenta
T.T al duraluminului
Θ’’: tetragonal, diferit de Θ de echilibruplatiform, rezultat prin germinare eterogena uniforma pe
retelele de dislocatii si pe limite de graunteinterfata coerenta cu matricea
Θ’: > 100 nm, prin germinare eterogena pe dislocatii elicoidaleInterfata semicoerenta
Θ: compusul Al2Cu, necoerent la limitele grauntilor α
T.T al duraluminului
Interfete coerente – tensiuni elastice mari >>> efect de crestereintensa a rezistentei prin interactiunea dintre dislocatii si pre-precipitate
Efectul maxim al T.T. pentru precipitatele coerente (GP1 si GP2); scade pentru semicoerente si necoerente
Aparitia unui pre-precipitat este precedata de dizolvarea celui anterior
Ex. pt. Al-Cu: Θ’’ pana la 100-150˚C; Θ’ – pana la 200˚C; peste 200˚C – Θ
>>> REVERSIUNEA – incalzire scurta (zeci de secunde) a aliajului imbatranit >>> dizolvarea precipitatului existent fara sa se formeze altele >>> plasticitate (solutie α)
Plasticitatea optima se pastreaza 2-3 ore de la calire (inainte de inceperea imbatranirii naturale);
rezistenta maxima dupa 4 – 5 ore (pt. duraluminurile mediu aliate)
T.T al duraluminului
T.T al duraluminului
Imbatranire incorecta: subimbatranire / supraimbatranire
Rezistenta maxima a duraluminurilor < 440 MPa (~)
DURALUMINURIDezavantajele duraluminurilor: rezistenta mica la coroziune (in
special sub tensiuni mecanice), proprietati mecanice scazutedupa sudarea prin topire, tensiuni reziduale mari dupa T.T.
Solutii de inlaturare a dezavantajelor:
I. Placarea cu aliaje mai rezistente la coroziune (cladding): Al tehnic, … (pt. table 4-8% din grosime)
II. Introducerea de elemente stabilizatoare structural (Zr, Cr, Be, Ti, …) + calirea in trepte
III. Intarirea prin formarea de compozite ODS cu Al2O3
Ex. 3-6%Cu; 1-3%Mg; 0.1-2%Mn; 0.5-2%Zr; 0.5-2%Cr; 0.05-1%Ti; 0.01-2%Al2O3; 0.0001-0.5%Be; rest Al
Dupa TT 20˚C: Rm=500 – 540 MPa; Rp0.2=400 – 460 MPa; A=10-14%200˚C: Rm=350-380 MPa; Rp0.2=330-370 MPa; A=18-22%
IV. Inlocuirea cu alte aliaje durificabile prin dispersie (Al-Zn-Mg, Al-Mg-Si, …)
Aliaje Al-Zn-Mg
pt. evitarea dezavantajele duraluminurilor(rezistenta mica la coroziune sub tensiune, fragilizare intensa dupa sudarea prin topire, tensiuni reziduale mari dupa TT)
Pentru T.T. Compusi binari: Al8Mg5 (Al3Mg2), ZnAl, …Compusi ternari: Mg3Zn3Al2, Mg2Zn3Al2
Sudabilitate foarte buna: nu sunt sensibile la fisurare, imbatranirenaturala a zonei sudate >>> propr. mecanice bune
Dezavantaj: zone sensibile la coroziune la marginile cordonului de sudura
Aliaje Al-Zn-Mg
Continutul de Zn si Mg – comportamentul la TT
I. Aliaje autocalibile- se calesc in aerI.1 insensibile la imbatranire (nu durificare la imbatranire)
– aliaje cu Zn putinRm = 360-380 MPa, Rp0.2 = 170-190 MPa; A = 22-25%
I.2 durificare prin imbatranireRm
max = 380 MPa; Rp0.2max = 320 MPa; A = 15%
II. Aliaje intermediare (propr. mecanice / mediu de calire) Rm = 370-470 MPa; Rp0.2 = 250-400 MPa; A = 17-19%
III. Aliaje cu propr. mecanice superioare (se prefera calirea in apa)Rm
max = 500-570 MPa; Rp0.2 = 450-520 MPa; A = 14-19%
Aliaje Al-Zn-Mg
Al-Zn-Mg-Cu – destinate auto / aero- pt. avioane dest. altitudinii joase (rez. mecanica, tenacitate la propagare de fisuri, rez. la fluaj, comportament criogenic bun) + sudabilitate, aschiabilitate, …
Cu (1 – 1.5%) – blocheaza propagarea fisurilor (crescuta de continuturi mari de Zn / Mg)
+ microalieri (Mn, Cr, Be, Si, Zr, Ag, …) >>> crestere a propr. mecanice
Cel mai rezistent aliaj de Al: 5.5 – 7.5%Zn; 2.3 – 3%Mg; 2 – 2.7%Cu; 0.25 – 1%Zr; 0.2 – 0.4%Mn; + Cr, Ni, Fe, B, YDupa TT: Rm = 790-870 MPa; A = 6-10%
Aliaje Y
destinate organelor de masini solicitate mecanic la 200 – 250˚C
~ 4%Cu; 0.5%Mg; 2%Ni
Dupa TT: Rmmax = 420 MPa; A = 13%
Aliaje deformabile Al-Mg-Si (Al-Mg2Si)
Proprietati mecanice bune dupa TT; Rezistenta buna la coroziune fara strat eloxat
Formarea Mg2Si dispers >>> creste rezistenta fara scaderea A
Si mai mult decar cel pt. Mg2Si creste Rm dar scade rezistenta la coroziune
Diagrama pseudobinara Al- Mg2Si : eutectic 13% Mg2Si / 595˚C
Aliaje deformabile Al-Mg-Si (Al-Mg2Si)
Aliaje deformabile Al-Mg-Si (Al-Mg2Si)
Cele mai cunoscute aliaje – Avial: 0.45-1% Mg; 0.5-1.2% Si; 0.15-0.35%Mn; 0.2-0.6%Cr + Fe, Ti
T.T.: Omogenizare 15-30˚C sub solidus / 12 hExtrudare la 460-520˚C + calire in apaImbatranire 175˚C / 8h
Rm = 320-360 MPa; A = 15-17%; 90-100 HBPt. auto / aero
+ Cu: formare Cu2Mg8Si6Al5 >>> creste efectul TTPt. constructii industriale / civile, marina
+Mn: impiedica recristalizarea – pastreaza textura = „pressefect”
+ Bi, Pb (max. 0.5%): creste prelucrabilitatea + RmPt. industria textila
STANDARDIZAREA ALUMINIULUI / ALIAJELOR DE ALUMINIU
SR EN 1780-1:2003 Simbolizarea lingourilor de aluminiu nealiat si aliat pentru retopire, a prealiajelor si a pieselor turnate. Sistem numeric de simbolizare
EN A B xxxxxCM
B – brut (pt. retopire); C – piese turnate; M – prealiaj
Prima cifra: 1 – Al nealiat; 2 – Cu; 4 – Si; 5 – Mg; 7 – Zn; Daca prima cifra 1: cifra 2 = 0; cifrele 3,4 = zecimalele cont. de Al
Pt. aliaje: a doua cifra = grupa de aliajeEx. 41xxx = Al-Si-Mg-Ti; 42xxx = AlSi7Mg; 43xxx = AlSi10Mg
Cifrele 3,4 – nu semnificatie specialaCifra 5 = 0 – aplicatii generale; ≠ 0 – lingou cu aplicatii speciale
STANDARDIZAREA ALUMINIULUI / ALIAJELOR DE ALUMINIU
SR EN 1780-2:2003 Simbolizarea lingourilor de aluminiu nealiat si aliat pentru retopire, a prealiajelor si a pieselor turnate. Sistem de simbolizare bazat pe simboluri chimice
Ex. EN AB-AlSi5Cu3 EEN AB-Al99.7 A
Elementul principal de aliere – continut normal rotunjit sau cu precizie de 0.5% (la nevoie); max. 4 elemente de aliere; E – aplicatii pt. electrotehnica
A, B, C, … (nu E, I, O, Q) – variante
(SR EN 1780-3:2003 Reguli de scriere a compozitiei chimice)
STANDARDIZAREA ALUMINIULUI / ALIAJELOR DE ALUMINIU
SR EN 573-1:2005 Simbolizarea aluminiului si aliajelor de aluminiu deformabile. Simbolizarea numerica
EN AW-xxxx (X)
Prima cifra: 1 – Al nealiat (identic al. de turnatorie); 2 – Cu; 3 – Mn; 4 – Si; 5 – Mg; 6 – Mg si Si; 7 – Zn; 8 – alte elemente; 9 – serii neuzuale
A doua cifra : modificarile aliajuluiDaca prima e 1 – modificari in limitele de impuritati sau microalieri
Cifrele 3, 4 – nu semnificatie speciala (nu seria 1)A, B, … - variante nationale
Ex. EN AW-5052; EN AW-5154 A
(SR EN 573/2:1995 Sistem de simbolizare bazat pe simboluri chimiceSR EN 573/3:2004 Compozitia chimica)
STANDARDIZAREA ALUMINIULUI / ALIAJELOR DE ALUMINIU
SR EN 515:1994 Simbolizarea starilor pentru aliajele de aluminiu destinate deformarii
F – Brut de fabricatieO – Recopt (rezistenta cea mai mica)
O1 – recopt la temperatura ridicata si racit lentO2 – Tratat termomecanicO3 – Omogenizat
H – EcruisatH1x – EcruisatH2x – Ecruisat si partial recoptH3x – Ecruisat si stabilizatH4x – Ecruisat si vopsit sau lacuit
x – indica gradul final de ecruisare:8 – starile cele mai dure4 – la jumatate intre O si Hx82 – la jumatate intre O si Hx46 – la jumatate intre Hx4 si Hx81, 3, 5, 7 ….
Poate aparea si a treia cifra, pt. variante
STANDARDIZAREA ALUMINIULUI / ALIAJELOR DE ALUMINIUW – calit pentru punere in solutie (numai pt. aliajele care se
imbatranesc natural)Ex. W ½ h
T – tratat termic pt. obtinerea unor stari stabile diferite de F, O sau HT1 – racit dupa prelucrare la cald si imbatranit natural pt. stare stabilaT2 - racit dupa prelucrare la cald, defromat la rece si imbatranitnatural pt. stare stabilaT3 – Pus in solutie, deformat la rece si imbatranit natural pt. stare stabilaT4 – Pus in solutie si imbatranit natural pt. stare stabilaT5 - Racit dupa prelucrare la cald si imbatranit artificialT6 - Pus in solutie si imbatranit artificialT7 – Pus in solutie si supraimbatranit / stabilizatT8 - Pus in solutie, deformat si imbatranit artificialT9 - Pus in solutie, imbatranit artificial si deformat la rece
Posibil cifre suplimentare pt. variante