Girleanu Alexandru UTS I/1
METALURGIA ALUMINIULUI
Aluminiul este cel mai raspandit metal in scoarta pamantului, aflat sub forma de combinatii din care se extrage cu un consum mare de energie. Ponderea aluminiului in scoarta pamantului este de 7.5 % .
Datorita avantajelor tehnice legate de greutatea specifica mica, conductibilitatea termica si electrica ridicate, rezistenta la coroziune etc., aluminiul ocupa in prezent primul loc in productia mondiala a metalelor neferoase.
PROPRIETATI
O mare parte din productia de aluminiu se regaseste in piese turnate, aluminiul si aliajele sale avand proprietati de turnare deosebite.
Aluminiul este un metal ce cristalizeaza cu celula cristalina elementara de cub cu fete centrate.
Densitatea aluminiului variaza in functie de puritate si temperatura. Pentru a calcula densitatea aluminiului lichid se poate folosi formula:
dt = 2,382 - 0,000273 ( t - 660 ),
in care t este temperatura , in grade celsius.
Caldura masica creste cu temperatura conform formulei:
Ct = 0,2220 + 0,0000772 t
Conductibilitatea termica scade cu puritatea si creste cu temperatura, iar dilatarea lineara creste cu temperatura prin acelasi grad de puritate.
Rezistivitatea electrica scade pe masura cresterii puritatii si creste cu gradul de ecruisare.
Coeficientul de temperatura al rezistivitatii electrice este 0,0042.
Puterea de reflexie a aluminiului in ultraviolet este intre 20 - 85 %, in lumina alba 75 - 90 % iar in infra-rosu 90 - 98 %.
Puterea de emisie scade pe masura cresterii gradului de polarizare si creste cu temperatura.
Impuritatile au actiune directa asupra proprietatilor fizice. Impuritatile din aluminiu se pot grupa in mai multe categorii:
- care reactioneaza chimic formand compusi definiti, usor fuzibili;
- insolubile, care formeaza eutectice usor fuzibile;
- care formeaza compusi greu fuzibili insolubili, in aluminiu;
- partial solubile in aluminiu;
- provenite din gaze;
Fierul separa in structura aluminiului, la limita grauntilor, sub forma compusului de forma aciculara Fe3Al. Acesta este dur si scade plasticitatea.
De asemenea, siliciul, in prezenta fierului, da nastere unui compus fragil cu aceeasi dispunere.
Impuritatile care formeaza compusi greu fuzibili duc tot la fragilizare si ca atare trebuiesc evitate in aliajele turnate ( arsen, stibiu, seleniu ).
Cuprul imbunatateste simtitor proprietatile de rezistenta mecanica insa scade proprietatile de turnare intrucat are o tendinta de segregatie puternica.
Magneziul mareste rezistenta mecanica si la coroziune, dar inrautateste proprietatile de turnare prin segregare, tendinta de finisare, fluiditate etc.
Manganul inrautateste proprietatile de turnare, insa mareste rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune.
Zincul inrautateste proprietatile de turnare si rezistenta la coroziune insa creste rezistenta mecanica si prelucrabilitatea.
Nichelul are numai efecte pozitive asupra proprietatilor macanice, de refractaritate si de coroziune.
Titanul, zirconiul, borul si beriliul sunt modificatori care finiseaza structura si deci conduc la imbunatatirea proprietatilor mecanice si a compactitatii.
Dintre gaze cel mai daunator este hidrogenul. Solubilitatea hidrogenului este determinata de temperatura, presiune, puritate, ca si de continutul de hidrogen in atmosfera de contact in timpul elaborarii.
Solubilitatea hidrogenului in aluminiu pur, in functie de temperatura:
In tabelul de mai jos se arata solubilitatea hidrogenului in aluminiu.
|
Temperatura, °C |
300 |
400 |
500 |
600 |
658 |
658 l |
700 |
800 |
850 |
|
Solubilitatea, cm3/100g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ALIAJE DE ALUMINIU
Aliajele de
aluminiu turnate in piese, folosite in
Din punct de vedere chimic aliajele se grupeaza dupa elementul principal de aliere care poate fi : cuprul, siliciul, magneziul, zincul.
Aliaje aluminiu-cupru
Aliajele aluminiu-cupru constituie una din principalele grupe din aliajele de aluminiu cu o importanta deosebita din punct de vedere tehnic. Aluminiul cu cuprul formeaza un echilibru entectic si solubilitate partiala.
In afara cuprului se mai folosesc ca elemente de aliere: siliciul, magneziul, nichelul, titaniul.
Aliaje aluminiu-siliciu
Aliajele aluminiu-siliciu se folosesc foarte mult in turnatorii, datorita proprietatilor de turnare superioare in comparatie cu alte aliaje ale aluminiului. Aliajele de aluminiu-siliciu sunt hipoeutectoide cand au siliciul in concentratie pana la 11.7% si hipereutectice cand siliciul are concentratii mai mari. Structura acestora este formata in primul caz din solutia solida alfa a siliciului in aluminiu si eutectic sau din solutia solida beta a aluminiului in siliciu si eutectic, in cel de-al doilea caz.
Aliajele eutectice sunt cele mai fluide si deci au cele maiu bune proprietati de turnare. Pericolul de fisurare la cald nu exista in cazul acestor aliaje, de asemenea nu apar microretasuri, ceea ce le confera si o mare rezistenta la etanseitate. Proprietati asemanatoare au si aliajele hipereutectice.
Datorita apropierii lor de eutectic, toate aliajele aluminiu-siliciu au capacitate buna de umplere a formei si ca atare proprietati de turnare excelente.
Rezistenta la coroziune este buna in atmosfera obisnuita si numai suficienta in apa de mare pentru aliajele care au adaosuri de fier.
Prelucrarea mecanica este mediocra, datorita faptului ca aliajele sunt moi, elimina greu aschia si prezinta din aceste cauze aderente pe cutit.
Utilizarea principala a acestor aliaje este domeniul pieselor cu pereti subtiri si foarte complicate, la care se cere in acelasi timp etanseitate si tenacitate.
Aliaje aluminiu-magneziu
Aliajele aluminiu-magneziu se caracterizeaza, in primul rand, prin densitatea mica si proprietati de rezistenta la coroziune ridicate, atat in mediu atmosferic obisnuit cat si in mediu marin. In acelasi timp, aliajele aluminiu-magneziu prezinta proprietati mecanice ridicate. Un mare dezavantaj al acestor aliaje este faptul ca ele se oxideaza putermic in stare lichida, ceea ce a impiedicat extinderea lor in tehnica.
Piesele care se pot turna din aceste aliaje pot avea forme geometrice complexe, diferente mai mari intre grosimile peretilor. Se toarna piese de forma armaturilor, piese de legatura, aparatura chimica, piese din industria alimentara.
In prezent, datorita metodelor moderne de turnare, aceste aliaje sunt din ce in ce mai folosite in industria constructoare de masini, mai ales in constructii navale, in aviatie etc.
Aliaje aluminiu-zinc
Aliajele aluminiu-zinc au in compozitie pe langa zinc, siliciu sau magneziu. Acest gen de aliaje se caracterizeaza prin proprietati de autodurificare ridicate. Cantitati mari de zonc, conduc aliajele spre intervale de solidificare mari si ca urmare tendinta de fisurare accentuata si etanseitate scazuta. Din aceasta cauza aliajele cu peste 15% zinc nu sunt utilizate.
Aliaje de aluminiu cu proprietati fizico-mecanice superioare
Aliajele de acest tip sunt aliaje complexe din punct de vedere chimic. In acelasi timp, ele au caracteristici mecanice mult superioare celor standardizate, rezistenta la temperaturi ridicatre, rezistenta caracterizata atat prin dilatare minima cat si mai ales prin durata de mentinere la temperaturi ridicate cand inregistreaza o deformare lenta.
Aliajele au de asemenea tenacitate ridicata.
Proprietatile tehnologice ale acestor aliaje sunt determinate in primul rand de elementul de aliere principal, iar pe de alta parte de elementele de aliere secundare care le ridica anumite caracteristici functionale.
Prin aliere complexa au rezultat astfel aliaje cu caracteristici mecanice inalte, cu rezistenta mare la etanseitate, cu mare tenacitate si cu rezistenta la temperaturi indicate.
Caracteristica acestor aliaje este functionalitatea lor cu destinatie, deci nu au o intrebuintare universala.
Proprietatile tehnologice ale acestor aliaje sunt detreminate in primul rand de elementul de aliere principal, iar pe de alta parte de elementele de aliere secundare care le ridica anumite caracteristici functionale.
Bibliografie :
- " Metale si aliaje neferoase de turnatorie " - S. Sontea , M. Vladoi, N. Zaharia
Editura Scrisul Romanesc Craiova - 1981 - ;
- " Deformarea plastica a metalelor si aliajelor neferoase " - I. Groza, P. Sechei, M. Pridvornic , M. Dragulin
Editura Tehnica Bucuresti - 1977 - .
