Modelowanie w inżynierii materiałowej Aluminium Andrzej Korpysz Piotr Kołacz Paweł Janik MiTI I V rok IS 1 1

1. Właściwości fizyczne i chemiczne 2. Hutnictwo aluminium Plan prezentacji 1. Właściwości fizyczne i chemiczne 2. Hutnictwo aluminium 3. Zastosowanie aluminium i stopów 4. Odlewnicze stopy aluminium 5. Stopy aluminium do obróbki plastycznej 2

Właściwości atomowe 3

Właściwości fizyczne 4

Pozyskiwanie glinu - ogólnie Trzeci najczęściej występujący pierwiastek na Ziemi (ok 7,5% składu Ziemi)‏ Pozyskiwanie: Wytop z rud boksytów Wytop z złomu Złoża Świat Australia,Ameryka Łacińska,Chiny Europa Grecja,Węgry Polska Dolny Śląsk (Nowa Ruda)‏ 5

Pozyskiwanie glinu - ogólnie Otrzymywanie czystego aluminium: -wydobycie rudy -wzbogacanie rudy -uzyskanie tlenku aluminium w procesie Bayera -elektroliza tlenku glinu w procesie Hall-Héroulta Wytwarzanie stopów aluminium 6

Wydobycie rudy i wstępne przygotowanie Podział rud Laterytowe (krzemianowe)‏ Krasowe (węglanowe)‏ Wstępne przygotowanie koncentratu glinu Płukanie Prażenie Kruszenie Spiekanie

8

Proces Hall-Héroulta 10

Zastosowanie aluminium W przemyśle spożywczym, jako barwnik W pirotechnice amatorskiej używany do robienia domowych petard W przemyśle informatycznym jako materiał na radiatory W przemyśle elektrycznym do produkcji przewodów Zastosowanie aluminium 11

Zastosowanie stopów aluminium - Przemysł maszynowy - Przemysł transportowy - Przemysł okrętowy - Budownictwo 12

Stopy aluminium Podział stopów aluminium odlewnicze do obróbki plastycznej 13

Stopy odlewnicze Odlewy o skomplikowanych kształtach Odlewane do form piaskowych lub kokli, grawitacyjnie lub pod ciśnieniem Odlewane w sposób ciągły lub półciągły Gruboziarnista, porowata struktura – gorsze własności mechaniczne niż stopy po obróbce plastycznej. 14

Stopy odlewnicze Wśród odlewniczych stopów aluminium można wyróżnić stopy: dwuskładnikowe (Al-Si, Al-Cu i Al-Mg) wieloskładnikowe (Al-Si-Cu, Al-Si-Ms, Al-Si- Cu-Mg-Ni, Al-Cu-Ni i Al-Cu-Ni-Mg). 15

Stopy odlewnicze Stopy głównie wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 - 25%), np.: z krzemem (silumin); z krzemem i magnezem; z krzemem, miedzią, magnezem i manganem; z krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem; Cechują się dobrą lejnością i małym skurczem. 16

Układ równowagi aluminium-krzem 17

Rodzaje siluminów Podeutektyczne : Si<12,6% Eutektyczne: Si=12,6% Nadneutektyczne: Si>12,6%

Właściwości stopu aluminium-krzem Doskonałe własności odlewnicze mały skurcz liniowy, dobra lejność, mała skłonność do pękania na gorąco Dobre własności mechaniczne oraz dostateczna odporność na korozję. Nie podlegające obróbce cieplnej Własności mechaniczne polepszane przez specjalne zabiegi w stanie ciekłym, zwane modyfikowaniem 19

Stopy Aluminium-Miedź Dwuskładnikowe stopy Al-Cu: dobra lejność stosunkowo dobra plastyczność, niska wytrzymałość Główne zastosowanie przemysłowe - stopy wieloskładnikowe: odlewy części samochodowych, odlewy części maszynowych średnio i wysoko obciążonych.= Stopy Al-Cu podlegają obróbce cieplnej, powodującej znaczny wzrost wytrzymałości i zmniejszenie zakresu plastyczności. 20

Układ równowagi aluminium- magnez

Stopy Aluminium - Magnez Wysoka odporność na korozję Dobra wytrzymałość i plastyczność Podobnie jak stopy Al-Cu, podlegają przesycaniu i starzeniu Odporne na obciążenia dynamiczne Stosowane na części aparatury chemicznej, do budowy okrętów i samolotów. 22

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej Zawartość do ok. 5% pierwiastków stopowych, najczęściej Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Obróbka stopów Wyżarzanie rekrystalizujące po zgniocie Wyżarzanie rekrystalizujące Utwardzanie wydzieleniowe Stopy z dodatkami stopowymi powyżej 5% można również poddawać obróbce plastycznej zachowując specjalne warunki. 23 23 23

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej Fragment typowego wykresu równowagi stopów Al z zaznaczeniem zakresów stężenia stopów do obróbki plastycznej, umacnianych zgniotowo i utwardzanych wydzieleniowo, oraz stopów odlewniczych

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej Zjawiska towarzyszące obróbce plastycznej Strefy Guiniera-Prestona tworzenie w płaszczyznach skupisk atomów miedzi Starzenie zwiększenie wytrzymałości kosztem zmniejszenia plastyczności Przestarzenie spadek twardości spowodowany zbyt długim starzeniem Zjawisko nawrotu wzrost twardości po uprzednim podgrzaniu stopu do temp. około 200°C

Stopy aluminium z miedzią do przeróbki plastycznej Zawartość miedzi do 5% w stopie typowa do obróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego. Na wykresach równowagi nie ma eutektyki w temp. przesycania ok 500°C powstaje roztwór stały ω Wytrzymałość przykładowego stopu AlCu4 po wyżarzaniu Rm 250 MPa a po przesyceniu i starzeniunaturalnym do Rm=400 MPa

Stopy aluminium z miedzią do przeróbki plastycznej Fragment wykresu równowagi Al–Cu (według L.A. Willeya)‏

Stopy aluminium z krzemem do przeróbki plastycznej Stopy Al z niewielkim dodatkiem – do ok. 2% Si przeznaczone do obróbki plastycznej, na średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych oraz elementy głębokotłoczne i kute o złożonym kształcie. Stopy zawierające od 5 do 12% Si – mogą być obrabiane plastycznie w celu wytworzenia drutów spawalniczych.

Stopy aluminium z magnezem do przeróbki plastycznej Aluminium z magnezem - roztwór stały graniczny α o rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury, Stężenie do ok. 35,5% Mg- mieszanina eutektyczna roztworu α z roztworem stałym wtórnym β na osnowie fazy elektronowej Al8Mg5. Stopy przemysłowe Al z Mg zawartość Mg przedział od 0,5 do ok. 13%. Fragment wykresu równowagi Al–Mg (według L.A. Willeya)‏

Stopy aluminium z manganem do przeróbki plastycznej Aluman Skład: 1.0:1.5% Mn, 0.2% Ti Dobra spawalność, dporny na korozję Stosowanie: zbiorniki spawane na ciecze i gazy, blachy, rury, drut, kształtowniki Hydronalium Skład: 1.7:2.6% Mg, do 0.6% Mn, 0.2% Ti Duża plastyczność, spawalność, odporny na zmęczenie, odporny na działanie wody morskiej Stosowanie: przemysł lotniczy, okrętowy, chemiczny,spożywczy, transportowy

Stopy aluminium z magnezem do przeróbki plastycznej Anticorodal Skład: 0.7:1.5% Mg, 0.2:1.0% Mn, 0.7:1.5% Si Dobra odporność na korozję po przesyceniu i naturalnym starzeniu, plastyczny, spawalny Stosowany: przemysł lotniczy, samochodowy, chemiczny, spożywczy Avial Wieloskładnikowy stop Właściwości zbliżone do anticorodalu, wyższa wytrzymałość, mniejsza odporność na korozję. Stosowany w lotnictwie

Stopy aluminium z magnezem do przeróbki plastycznej Duraluminium Grupa stopów wieloskładnikowych aluminium do obróbki plastycznej Najczęściej stosowany stop 4.0% Cu, 1%Mg, 1% Mn do 0.7% domieszki Si i Fe. Podlegają utwardzaniu wydzieleniowemu polegającemu na przesycaniu od temp. 500°C i starzeniu. Ich własności są zależne od obróbki cieplnej Stosowane: obciążone elementy samolotów i pojazdów Wada: mała odporność na korozję.

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej Dural cynkowy Wieloskładnikowy stop aluminium Wyższa wytrzymałość niż durale bezcynkowe. Stosowanie: silnie obciążone elementy samolotów i pojazdów. Wada: mała odporność na korozję. Aldrey Dobra przewodność elektryczna i wytrzymałość energoelektryczne linie napowietrzne, przedmioty dekoracyjne, sprzęt sportowy,domowy i turystyczny

Bibliografia 1. Adamski C. , Piwowarczyk T. „Stopy aluminium i magnezu” 2. Przybyłowicz K. , Przybyłowicz J. „Materiałoznawstwo w pytaniach i odpowiedziach” 3. Dobrzański L. „Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo” 4. Pacyna J. „Metaloznawstwo – wybrane zagadnienia” 5. http://aluminium.matter.org.uk 6. http://pl.wikipedia.org/ 7. http://www.britannica.com/