Stopy aluminium
Do najczęściej stosowanych składników stopowych w stopach Al należą: Cu, Si, Mg, Mn, Zn. Większość dodatków stopowych tworzy kruche fazy międzymetaliczne bądź z aluminium, bądź też z innymi składnikami stopu. Praktycznie rzecz biorąc wszystkie stopy aluminium w stanie odlanym mają miękką i plastyczną osnowę którą stanowią kryształy roztwory stałego dodatków stopowych w aluminium. Na ich granicy występują utwardzające dodatki stopowe w formie eytektyki lub wolnych faz międzymetalicznych.
Podział:
Z uwagi na przeróbkę stopy Al możemy podzielić na:
a) stopy odlewnicze, które mogą być stosowane tylko w stanie odlanym,
b) stopy do przeróbki plastycznej, która mogą być stosowane tylko w stanie przerabianym plastycznie
Lekkie stopy odlewnicze
Stopy odlewnicze odlewa się do form piaskowych, kokil lub pod ciśnieniem. Ich wytrzymałość na rozciąganie jest stosunkowo niewielka i waha się w granicach 120 – 330 [MPa] przy wydłużeniu A5 = 10 – 15% przy czym odlewy kokilowe mają nieco wyższe właściwości mechaniczne niż odlewy z piasku. Do najbardziej znanych
Stopów odlewniczych aluminium należą siluminy tj. stopy aluminium z krzemem. Zawierają zwykle 11 – 14% Si to znaczy, że ich skład jest zbliżony do składy eutektyki w układzie aluminium krzem.
Siluminy mają bardzo dobre właściwości odlewnicze (nadzwyczaj dobra lejność pozwala na odlewanie elementów o bardzo skomplikowanych kształtach). Mają one mały skurcz odlewniczy i małą skłonność do pęknięć na gorąco. Ich właściwości mechaniczne są stosunkowo dobre przy małej plastyczności. Z tych względów wypierają one coraz bardziej inne stopy odlewnicze aluminium. Po zakrzepnięciu struktura siluminów jako stopów w zasadzie nadeutektycznych składa się z dużych o ostrych granicach kryształów krzemu na tle gruboziarnistej eutektyki. W celu rozdrobnienia ziarna i podwyższenia właściwości mechanicznych poddaje się stop modyfikacji. Polega ona na tym, że do ciekłego stopu przed odlaniem wprowadza się modyfikator w postaci sodu w ilości 0,1% lub soli sodowych. Na skutek tego silumin w zasadzie nadeutektyczny staje się stopem podeutektycznym o strukturze kryształów roztworu stałego na tle drobnoziarnistej eutektyki ( + Si).
W razie wyższych wymagań wytrzymałościowych stosuje się siluminy podeutektyczne z dodatkiem Cu, Mn, i Mg. Magnez tworzy z krzemem związek Mg2 Si, co umożliwia obróbkę cieplną takiego siluminu na drodze utwardzania dyspersyjnego. Na tłoki silników spalinowych używa się wieloskładnikowego siluminu AlSi13Mg1CuNi.
Z odlewniczych stopów lekkich należy również wymienić stopy Al – Mg o zawartości 5 i 10% Mg (AlMg10 i AlMg5Si) odznaczają się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Są one odporne na korozję w wodzie morskiej.
Lekkie stopy Al przerabiane plastycznie
Wśród stopów aluminium przerabianych plastycznie należy wyróżnić:
– stopy o niższej wytrzymałości nie przerabiane cieplnie,
– stopy o wyższej wytrzymałości w stanie obrobionym cieplnie.
Do pierwszej grupy stopów należą stopy aluminiowe z manganem oraz magnezem. Spośród stopów aluminium z manganem należy wymienić stop AlMn1 zaw. ok. 1% Mn, zwany alumen o wytrzymałości Rm = 90 – 160 [MPa]. Ma on dużą odporność na korozję i używany jest do urządzeń transportowych przemysłu chemicznego i spożywczego. Do drubiej grupy stopów należą stopy AlMg2, AlMg3, AlMg5, które noszą nazwę hydronalium. Ich obróbka cieplna polega na przesycaniu i starzeniu. Są one stosowane na wyroby średnio obciążone, elementy konstrukcyjne okrętów, samolotów i pojazdów mechanicznych. Do stopów o wyższej wytrzymałości należą stopy duraluminium. Zawierają one trzy zasadnicze dodatki stopowe: 3 – 5,5 % Cu, 0,5 – 2% Mg, 1%Mn. Wymienione dodatki stopowe tworzą różnego rodzaju fazy międzymetaliczne podwójne, jak np. CuAl2, Mg2Si lub potrójne np. Al2CuMg. Fazy te występujące w stanie równowagi podczas nagrzewania ulegają rozpuszczeniu w Al. Przez szybkie chłodzenie roztwór staje się przesycony, z którego fazy te wydzielają się podczas przeprowadzonego procesu starzenia. W wyniku tego Rm takiego stopu może sięgać 420 [MPa] Wadą duraluminium jest jego mała odporność na korozję
Stopy magnezu
Poprzez stopienia magnezu z niektórymi składnikami otrzymuje się tworzywo o znacznie wyższych w porównaniu z czystym metalem właściwościach wytrzymałościowych, a nawet odpornych na korozję. Zasadniczymi dodatkami w stopach magnezu są Al, Mn i Zn. Aluminium podwyższa właściwości mechaniczne stopów magnezu. Podobny wpływ jak aluminium ma cynk, przy czym najlepsze właściwości ma stop o zawartości 5% Zn. Mangan także podwyższa właściwości mechaniczne magnezu i zwiększa równocześnie jego odporność na korozję. Rozpuszczalność wymienionych składników w magnezie zmniejsza się z obniżeniem temperatury co umożliwia obróbkę stopów magnezu na drodze utwardzania dyspersyjnego. Że względu na mały ciężar właściwy stopy magnezu zarówno te odlewnicze i do obróbki plastycznej są stosowane wszędzie tam gdzie istotny jest bardzo mały ciężar właściwy konstrukcji a więc w budowie samochodów samolotów, taboru kolejowego.
Stopy odlewnicze magnezu
Stopy odlewnicze magnezu zawierają aluminium cynk i mangan, przy czym przy zawartości Al. powyżej 6% stopy te mogą być utwardzalne dyspersyjnie.
Stan stopu Rm[Mpa] A5 HB
Surowy
Ujednorodniony
Utw. dyspersyjnie 150
210
210 1
3
1 50
60
65
Właściwości stopu MgAl10Zn w różnych stanach o.c.
Stopy magnezu przerabialne plastycznie
Stopy magnezu przerabialne plastycznie należą zwykle do stopów czteroskładnikowych, zawierających Al., Zn, Mn. Zawartość Al w tych stopach jest mniejsza niż w stopach odlewniczych i wynosi maksymalnie ok. 9%. Zależnie od rodzaju stopu przeróbkę plastyczną przeprowadza się za pomocą prasowania w temperaturze 250 – 4200C lub walcowania w temperaturze 280 – 3500C, przy czym podgrzewa się nie tylko materiał ale także i narzędzia służące do jego odkształcenia, aby zapobiec powstawaniu pęknięć. Stopy te także wykazują dobrą podatność do obróbki skrawaniem. Właściwości mechaniczne stopów magnezu przerabialnych plastycznie są następujące:
Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 200 – 320 [MPa]
Wydłużenie A5 = 12 – 13%
Twardość Hb = 40 – 55
Właściwości te są prawie niezmienne do 1000C
