Materiale Metalice 2 - sim.utcluj.ro · ALIAJE CARE NU SE INTARESC / DURIFICA PRIN TT ~ Aliaje monofazice, cu buna plasticitate la rece / cald Aluminiul tehnic (cu microalieri) Microalierea

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)



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


Interfatacoerenta

Interfatasemicoerenta

Interfata necoerenta


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


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)



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



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


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)


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)


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

Documents

Materiale Metalice 2 - sim.utcluj.ro · ALIAJE CARE NU SE INTARESC / DURIFICA PRIN TT ~ Aliaje monofazice, cu buna plasticitate la rece / cald Aluminiul tehnic (cu microalieri) Microalierea