MATERIALE METALICE - sim. Metalice 9.pdf · I.2. Aliaje Al-Mn Proprietati mecanice mai bune ca Al tehnic; Rezistenta buna la coroziune Industrial: 1 – 1.6%Mn (STAS AlMn1, AlMn1Mg)

  • View
    223

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of MATERIALE METALICE - sim. Metalice 9.pdf · I.2. Aliaje Al-Mn Proprietati mecanice mai bune ca Al...

  • MATERIALE METALICE

    Curs 9 ALIAJELE DEFORMABILE CU BAZA

    ALUMINIU

  • ALIAJELE DEFORMABILE CU BAZA ALUMINIU

    I. ALIAJE CARE NU SE INTARESC SI DURIFICA PRIN TRATAMENT TERMIC

  • ALIAJE CARE NU SE INTARESC SI DURIFICA

    PRIN TRATAMENT TERMIC ~ Aliaje monofazice, cu buna plasticitate la rece / cald 1. 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: Ex. aliaj Aldrey (0.4 0.7%Si; 0.3 0.5%Mg; rest Al); se formeaza compusul Mg2Si (T.T.) calire + imbatranire >>> creste RM, scade conductivitatea (95-98%) >>> pt. conductori solicitati mecanic + Co (3.8%) >>> = 3.5 cm la 20C; Rm> A > 40% + Au (max. 0.2%) >>> < 5 x 10-8 cm la -200C >>> conductori

  • I.2. Aliaje Al-Mn

    compus Al6Mn eutectic 1.95%Mn/658.5%Mn : max.1.82% Mn (temperatura eutectica); max. 0.36% la 500C

  • I.2. Aliaje Al-Mn

    Proprietati mecanice mai bune ca Al tehnic; Rezistenta buna la coroziune Industrial: 1 1.6%Mn (STAS AlMn1, AlMn1Mg) pt. piese 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 Impuritati: Si + Fe < 0.45% (formeaza comp. ternari, scad plasticitatea) Si formeaza Mn3Si2Al15 dizolva mult Fe >>> formarea (FeMn)3Si2Al15 >>> pierderea efectului pozitiv al Mn Fe compus FeMnAl6 , insolubil in Al

  • I.2. Aliaje Al-Mn

  • 3. Aliaje deformabile Al Mg

    Contin 1 7%Mg (STAS AlMg1,2,3,5,7); pt. table subtiri, folii, produse deformate Peste 7% - apare faza >>> fragilitate Adaos de Mn si Cr cresterea rezistentei cu 200-250 MPa Ex. aliaje pt. ambutisare adanca (auto / aero) 2-7% Mg, 0.1-0.2%Cr, 0.3-0.5%Mn Proprietatile mecanice depind de continutul de Mg

  • 3. Aliaje deformabile Al Mg

  • 3. Aliaje deformabile Al Mg

    Adaos de Li: cresterea rezistentei (specifice) Ex. 5-6%Mg; 1.9-2.3%Li; 0.09-0.15%Zr; 0.02-0.3%Bi Rm=400-440 MPa; Rp0.2=250-260 MPa; A=18-19% Pt. piese solicitate la coroziune (ind. petroliera) aliaje Alclad (placare) Ex. 1.3%Mg, rest Al; 1.2%Mn, 1%Mg; rest Al Adaos mic de Cu T.T. fara pierderea rezistentei la coroziune: Ex. 1%Mg; 0.25%Cu; 0.6%Si; 0.25%Cr, rest Al Netratat Rm < 125 MPa Imbatranit Natural Rm < 240 MPa Artificial Rm < 310 MPa

  • ALIAJELE DEFORMABILE CU BAZA ALUMINIU

    II. ALIAJE CARE SE INTARESC SI DURIFICA PRIN TRATAMENT TERMIC

  • ALIAJE CARE SE INTARESC SI DURIFICA PRIN TRATAMENT

    TERMIC

    Contin elemente care formeaza compusi solubili la cald in solutia (diagrame cu solubilitate limitata si variabila cu temperatura):

    Mg, Cu, Li, (Si),

    >>> TRATAMENT TERMIC:

    1. CALIRE PENTRU PUNERE IN SOLUTIE

    2. 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 folosite III. rezistenta mare, plasticitate mica Cu, Mg pt. cresterea rezistentei prin formarea de compusi (CuAl2, CuMgAl2, ...) Mn pt. reducerea efectului negativ al Fe (formeaza compusi ternari); creste Rm si rezistenta la coroziune sub 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 tehnologice Daca 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 ; participa la T.T. Compusii cu Fe si Mn sunt insolubili >>> necesara omogenizare la 480 490C In stare recoapta: structura cu separari secundare (CuAl2, CuMgAl2, Mg2Si, CuMg4Al6)

  • T.T al duraluminului Calire pt. punere in solutie: ~ omogen (505 510C) Imbatranire: durificare prin precipitare (tendinta de formare de compusi dispersi metastabili) Mecanismul imbatranirii - precipitare continua in : I. zone Guinier Preston II. precipitate intermediare III. precipitate de echilibru

    Ex. pentru Al Cu I. GP (GP1) II. (GP2) II. III. Zonele Guinier Preston: in solutia suprasaturata, prin germinare omogena Discuri de 8 nm diametru / 0.3-0.6 nm cu ~ 90%Cu Pot fi considerate clusters (asocieri preferentiale de atomi) pre-precipitate interfata coerenta cu

  • T.T al duraluminului

    : tetragonal, diferit de de echilibru

    platiform, rezultat prin germinare eterogena uniforma pe retelele de dislocatii si pe limite de graunte

    interfata coerenta cu matricea

    : > 100 nm, prin germinare eterogena pe dislocatii elicoidale

    Interfata semicoerenta

    : compusul Al2Cu, necoerent la limitele grauntilor

  • T.T al duraluminului

    Interfete coerente tensiuni elastice mari >>> efect de crestere intensa 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: pana la 100-150C; pana la 200C; peste 200C >>> REVERSIUNEA incalzire scurta (zeci de secunde) a aliajului imbatranit

    >>> dizolvarea precipitatului existent fara sa se formeze altele >>> plasticitate (solutie )

    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 (~)

  • DURALUMINURI

    Dezavantajele duraluminurilor: rezistenta mica la coroziune (in special sub tensiuni mecanice), proprietati mecanice scazute dupa 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 20C: Rm=500 540 MPa; Rp0.2=400 460 MPa; A=10-14% 200C: 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, imbatranire naturala a

    zonei sudate >>> propr. mecanice bune Dezavantaj: zone sensibile la coroziune la marginile cordonului de

    sudura Adaos de Cr creste rezistenta la coroziune scade sudabilitatea

  • Aliaje Al-Zn-Mg

    Continutul de Zn si Mg comportamentul la TT I. Aliaje autocalibile - se calesc in aer I.1 insensibile la imbatranire (nu durificare la imbatranire) aliaje cu Zn putin Rm = 360-380 MPa, Rp0.2 = 170-190 MPa; A = 22-25% I.2 durificare prin imbatranire Rm

    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, Y

    Dupa TT: Rm = 790-870 MPa; A = 6-10%

  • Aliaje Al-Zn-Mg

  • Aliaje Y

    destinate organelor de masini solicitate mecanic la 200 250C

    ~ 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 / 595C

  • Aliaje deformabile Al-Mg-Si (Al-Mg2Si)

    Mg2Si

    Eutectic

  • 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; 0.1