Referat Aluminiu Si Aliaje Din Aluminiu

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Aluminiu Si Aliaje Din Aluminiu si de asemenea puteti face Download Referat Aluminiu si aliaje din aluminiu

Citeste fragmente din Referat Aluminiu Si Aliaje Din Aluminiu

Generalitǎţi Aluminiu este cel mai raspândit metal în scoarţa tereatrǎ, iar printre elemente ocupǎ locul al treilea în urma oxigenului şi siliciului. Datoritǎ activitǎţii sale chimice mari, se gǎseste în naturǎ numai sub formǎ de compuşi. Împreunǎ cu oxigenul şi siliciul formeazǎ 82,58% din scoarţa terestrǎ. Aluminiul este cunoscut înca din antichitate şi era utilizat de cǎtre greci şi romani. Denumirea de aluminiu vine de la latinescul “alumen” care este folosit pentru a denumi substanţe astringente. Primele încercari de separare ale aluminiului dateazǎ din anul 1810 şi apartin fizicianului englez Davy , care a efectuat electroliza hidroxidului de aluminiu uşor umezit, dispus într-o atmosferǎ de hidrogen, într-o pila Volta, folosind în calitate de anod platina, iar în calitate de catod, o sarmǎ de fier. În urma acestui proces s-a obţinut un aliaj Al-Fe, din care insǎ nu s-a reusit sǎ se separe aluminiu. Prima datǎ aluminiu a fost descoperit în anul 1827 de un chimist german Wohler care a obţinut primele 30g de aluminiu sub formǎ de bobite. În anul 1854 Saint-Claire-Deville, a folosit metoda lui Wohler pentru obţinerea industriala a aluminiului, inlocuind potasiul cu sodiu, iar clorura de aluminiu, instabilǎ şi higroscopicǎ, cu clorurǎ dublǎ de aluminiu şi sodiu. La sfârşitul secolului al XIX-lea, metoda lui Saint –Claire-Deville a fost înlocuitǎ, fiind aplicat procedeul de extragere a aluminiului prin electroliza aluminei dizolvatǎ în criolitǎ topitǎ, procedeu aplicat şi în prezent în metalurgia acestui metal. 1810 – Davy obţine aliajul fier-aluminiu pe cale electroliticǎ; 1821 – Berthie descoperǎ bauxita; 1824 – Oersted obţine în stare elementarǎ metalul; 1827 –Wohler produce aluminiu sub formǎ de pulbere prin reducerea cu potasiu a clorurii sale; 1854 – Sainte-Claire-Deville toarnǎ primul lingou de aluminiu; 1886 – Herault şi Hall descoperǎ şi breveteaza procedeul de electrolizǎ a aluminei dizolvate în criolitǎ topitǎ; 1890 – Bayer descoperǎ procedeul de fabricare a aluminei prin atacul bauxitei cu soluţii de sodǎ causticǎ; 1903 – Odam realizeazǎ sudarea autogenǎ a aluminiului cu ajutorul fluxurilor; 1905 – Betts stabileste principiile rafinarii electromagnetice a aluminiului; 1905 – Claessen demonstreaza posibilitaţile de îmbunataţire a proprietaţilor aliajelor de aluminiu prin cǎlire; 1906 – Wilm aplicǎ aluminiului aliajul tip duralumin tratamentul termic de cǎlire şi îmbǎtrânire; 1911 – De Saint-Martin determinǎ principiile de bazǎ ale anodizǎrii aluminiului şi aliajelor sale; 1920 – Pacz imbunǎtǎţeste proprietaţile aliajelor de aluminiu-siliciu prin modificarea cu sodiu; 1920 – Hoopes – elaborarea aluminiului de inaltǎ puritate; 1926 – Soderberg introduce la electroliza anozi continui; 1932 – Gadeau aplicǎ pe scarǎ industrialǎ tehnologia de rafinare electroliticǎ; 1938 - apariţia unor publicaţii despre proprietaţile aluminiului ultra pur. Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, conţine aproximativ 60% aluminiu. Bauxita se gaseşte în munţii Bihorului, Grecia, Turcia şi în Ungaria. Principalele elemente de aliaje sunt, Mg, siliciu, cupru, Mn. În naturǎ se gaseste numai sub formǎ de combinatii într-un numǎr foarte mare de minerale ce conţin oxizi, silicaţi. Cateva dintre mineralele ce conţin aluminiu sunt: bauxita Al2O3*nH2O, corindonul Al2O3, hidrargilitul Al(OH)3, ortoclazul K(AlSiO8), albitul Na(AlSi3O8), anortitul Ca(Al2Si2O8), alaunitul KAl(SO4)2*2Al(OH)3, nelelinul Na(AlSiO4), criolitul Na3(AlF6). Industrial aluminiul se obţine aproape în întregime prin descompunerea electroliticǎ a aluminei pure dizolvate într-o topiturǎ de criolit cu adaus de fluorurǎ de calciu. Prin electrolizǎ se obţine “aluminiul tehnic primar” numit şi “aluminiu tehnic pur” care conţine de la 0,2% la 1% impuritaţi metalice (Fe, Si, Ca, Ti, Na) şi nemetalice (alumina, electrolit, carbura de aluminiu, gaze). În ţara noastra sunt standardizate urmatoarele marci de aluminiu tehnic pur: Al 99,8, Al 99,7, Al 99,6, Al 99,5, Al 99,4, Al 99 si AIE. “Aluminiul de înaltǎ puritate” se obţine din aluminiul tehnic filtrat, spǎlat cu gaz sau degresat, prin rafinarea electroliticǎ cu anod solubil în sǎruri topite cunoscute sub numele de rafinare în trei straturi. Acest aluminiu conţine de la 0,05% la 0,1% impuritǎţi, in ţara noastrǎ fiind stabilizate trei marci Al 99,99, Al 99,95 si Al 99,90. “Aluminiul extra pur” se obţine prin topirea zonarǎ, distilarea halogenurilor inferioare sau electroliza compuşilor organici ai aluminiului de înalta puritate, gradul de puritate putând ajunge pânǎ la 99,999995%. Proprietaţi fizice şi caracteristicile mecanice Proprietaţile fizice şi caracteristicile mecanice ale diferitelor sorturi de aluminiu sunt influenţate de prezenţa impuritaţilor. Cele mai frecvente impuritaţi din aluminiu sunt fierul si siliciul, elemente care se pot gasi panǎ la 0,5-0,6% fiecare. Fierul este practic insolubil în aluminiu, formând cu acesta eutecticul Al-Al3Fe care conţine doar 7% Al3Fe (1,7%Fe). Ca urmare aluminiul impurificat cu fier prezintǎ un aspect microscopic format din cristale poliedrice de aluminiu şi precipitate aciculare de Al3Fe. Eutecticul din sistemul Al-Si se formeazǎ la 11,7% Şi Si este alcǎtuit din solutie solidǎ α şi siliciu. Dacǎ în acelaşi timp sunt prezente simultan fierul şi siliciul, se formeazǎ douǎ faze noi: faza α(Fe3SiAl3) şi faza β (FeSiAl5), care nu existǎ în aliaje binare. Aceşti compuşi, situaţi în mod obişnuit la limitele cristalelor de aluminiu micşoreazǎ mult plasticitatea acestuia. Aluminiul face parte din grupa IIIA a sistemului periodic al elementelor, are un singur izotop stabil 27Al şi cinci izotopi radioactivi (24Al,25Al,26Al,28Al) cu perioadele de injumatǎţire cuprinse între 2,10 s şi 94 s. Aluminiul se caracterizeazǎ prin plasticitate foarte mare, rezistenţǎ mecanica micǎ, conductibilitate electricǎ şi termicǎ ridicatǎ şi rezistenţǎ mare la coroziune în aer, apǎ şi acizi organici. Principalele proprietǎţi ale aluminiului care influenţeaza defavorabil sudabilitatea sunt: -conductibilitatea termicǎ ridicatǎ; deci şi temperatura de topire a aluminiului este redusǎ (6500C) totuşii, datoritǎ conductibilitǎţii de calburǎ şi preâncǎlzirea intregii piese la temperaturii ridicate; -coeficientul mare de dilatare al aluminiului care determinǎ probucerea de tensiunii permanente şi deformaţii mari; -la încǎlzire, aluminiul nu-şi schimbǎ culoarea din care cauzǎ la sudare nu se poate aprecia vizual gradul de încalzire; difilcultatea se mǎreşte, deoarece aluminiul se topeşte în mod brusc; -fragilitatea aluminiului la temperaturi înalte; deformarea şi fisurarea pereţilor se preântampinǎ prin fixarea piesei pe suporturi cât mai exact; -îin stare lichidǎ, aluminiul absoarbe cu avilitate oxigenul, reduce rezistenta imbinarii; -oxidul de aluminiu având punctul de topire ridicat (20500C) formeazǎ o pojghiţǎ solidǎ care impiedicǎ sudarea; îndepartarea oxidului se poate realiza pe cale chimica prin utilizarea unor fluxurii carea formeazǎ cu oxidul o zgurǎ uşor fluzibilǎ şi care protejeazǎ metalul topit. Utilizǎri Folosirea aluminiului ca material pentru constructii mecanice si metalice este limitatǎ din cauza proprietǎţilor de rezistentǎ scazute. Totuşi, o serie dintre proprietǎţile aluminiului fac ca acest metal sǎ fie deosebit de apreciat pentru o serie de aplicaţii. Astfel, plasticitatea mare a aluminiului permite ca din el sǎ se obţinǎ prin deformare plasticǎ produse foarte subţiri ca foliile utilizate pentru ambalaje în industria alimentarǎ; conductibilitatea electrica mare, 65% din cea a cuprului determinǎ ca aluminiul sǎ fie mult utilizat ca material pentru conductorii electrici; rezistenţa mare la coroziune permite folosirea aluminiului în industria chimicǎ şi alimentarǎ. Aluminiul este utilizat pe scarǎ largǎ ca bazǎ pentru o serie importantǎ de aliaje. Aliaje pe bazǎ de aluminiu Principalele elemente de aliere ale aluminiului sunt Cu, Mg si Zn, la care se adaugǎ MN, Ni, Cr, Fe, alierea având ca principiu şi îmbunǎtǎţirea caracteristicilor de rezistentǎ mecanice ale acestuia. Cele mai rǎspândite şi utilizate aliaje sunt aliajele din sistemele Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Mn, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg-Cu. Clasificarea aliajelor pe bazǎ de aluminiu Aliaje pe bazǎ de aluminiu se impart în: 1) aliaje deformabile; 2) aliaje pentru turnǎtorie; 3) aliaje obţinute prin metalurgia pulberilor. Aliajele deformabile se împart în aliaje deformabile nedurificabile prin tratament termic şi aliaje deformabile durificabile prin tratament termic. Aliaje de aluminiu deformabile, nedurificabile prin tratament termic În aceastǎ categorie sunt cuprinse aliajele din sistemele Al-Mg, Al-Mn, Al-Mg-Mn, Al-Mn-Cu, Al-Ni-Fe, Al-Sn-Ni-Cu. Aliajele Al-Mg ce conţin mai mult de 1,4% Mg au în alcǎtuire structuralǎ soluţie solidǎ α şi compusul Al8Mg5. Aliajele deformabile conţin pânǎ la 7% Mg; dintre acestea, cele ce conţin pânǎ la 5% Mg nu se durificǎ prin tratament termic, iar cele ce conţin peste 5% Mg pot fi durificate prin tratament termic însǎ efectul durificǎrii este foarte mic. Având în vedere faptul cǎ aliajele din acest sistem conţin o serie de impuritǎţi, structura lor este alcatuitǎ din solutie solidǎ, compusul Al8Mg5 şi alte faze intermediare, care se dispun de obicei la limitele graunţilor de soluţie solidǎ. Aliajele Al-Mg au o rezistentǎ mecanicǎ ridicatǎ asociatǎ cu o bunǎ plasticitate, ele putându-se deforma plastic la rece foarte uşor, au rezistenţǎ la coroziune ridicatǎ şi o bunǎ sudabilitate. Proprietǎţile mecanice şi caracteristicile tehnologice ale aliajelor Al-Mg pot fi modificate prin alierea, cu diferite elemente ca: Ti, B, Mn, Cr, Cu, Fe, Zr, Be, Li. Titanul şi borul acţioneazǎ asupra mǎrimii de graunte finisând granulaţia, manganul şi cromul mǎresc rezistenţa mecanicǎ şi rezistenţa la coroziune, siliciul mǎreşte fluiditatea, cuprul împiedicǎ susceptibilitatea la coroziune pitting, fierul şi zirconiul mǎresc temperatura de recristalizare, beriliu şi litiu reduc gradul de oxidare al magneziului la elaborare. Aliajele Al-Mg având rezistenţa mecanicǎ ridicatǎ în comparaţie cu aluminiul au o largǎ utilizare în construcţii metalice, în industria constructoare de maşini, în transporturi, în aviaţie şi în industria de armament. Aliajele Al-Mn conţin de obicei 1-1,7% Mn. Deoarece solubilitatea compusului Al6Mn în aluminiu este variabilǎ cu temperatura, teoretic aceste aliaje pot fi durificate prin tratament termic. Aliajele Al-Mn au aceleaşi utilizari ca şi aliejele Al-Mg. Aliajele deformabile nedurificabile, prin tratament termic din sistemul Al-Mn-Mg conţin pânǎ la 3% Mg şi 1-1,5% Mn; sunt caracterizate prin rezistenţǎ mecanicǎ ridicatǎ, plasticitate bunǎ, rezistentǎ la coroziune mare şi sunt uşor sudabile. Aliajele deformabile nedurificabile prin tratament termic din sistemul Al-Ni-Fe conţin circa 1% Ni şi 0,6% Fe; au rezistenţǎ bunǎ la coroziune, în apǎ la temperaturi şi presiuni ridicate şi sunt utilizate în energetica nuclearǎ. Aliajele deformebile nedurificabile structural din sistemul Al-Sn-Ni-Cu au proprietǎţi antifricţiune foarte bune fiind utilizate la confecţionarea lagǎrelor în industria automobilelor. Aliaje de aluminiu durificabile prin tratament termic Aceasta grupa cuprinde aliaje cu elemente care au solubilitatea în aluminiu relativ ridicatǎ: Cu, Mg, Zn, variaţia solubilitǎţii acestora cu temperaturǎ permiţând aplicarea tratamentelor termice. Din aceastǎ clasǎ mai des sunt utilizate aliaje din sistemele Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Ni-Mg. Reprezentantul tipic al acestor aliaje este aliajul Al-Cu cu circa 4,0-5,5%. Aliaje deformabile, durificabile prin tratament termic din sistemul Al-Cu sunt formate în soluţie solidǎ α şi compusul CuAl2. Deoarece aceste aliaje conţin o serie de elemente ca impuritǎţi sau ca elemente de aliere în structura lor apar şi alte faze intermetalice, care fie se dizolvǎ în soluţia solidǎ favorizând durificarea, fie sunt insolubile dispunandu-se la limitele de graunţi. Caracteristicile tehnologice şi de expluatare ale aliajelor Al-Cu sunt puternic influenţate de prezenta elementelor de aliere. Siliciul mǎreşte rezistenta mecanicǎ, micşoreazǎ ductilitatea şi rezistenţa la obosealǎ, influenţeazǎ comportarea la tratament termic, reduce rezistenţa la cald şi rezistenţa la fluaj. Magneziu mareşte rezistenţa mecanicǎ şi duritatea, influenteazǎ comportarea la tratament termic. Aliajele din sistemul Al-Cu-Mg sunt formate din soluţie solidǎ şi compuşii: CuAl2, CuMgAl2, CuMg4Al6. Compuşii intermetalici prezenţi în structurǎ influenţeazǎ asupra comportǎrii la tratamente termice, influenta lor manifestându-se în funcţie de marimea raportului Cu:Mg. În aliajele cu raport Cu:Mg mai mare de 8:1 faza durificatoare este CuAl2, în cele pentru care raportul este cuprins între 8:1 şi 4:1 fazele durificatoare sunt CuAl2 şi CuMgAl2, în aliajele la care raportul este cuprins între 4:1 şi 1,5:1 faza durificatoare este CuMgAl2 şi în alijele pentru care raportul este sub 1,5:1 durificarea se face prin participarea compusului CuMg4Al6. Aliajele Al-Cu-Mg dupǎ imbǎtrânirea naturalǎ au o rezistenţa mecanicǎ ridicatǎ, asociatǎ cu o plasticitate buna comparabilǎ cu plasticitatea obţinutǎ la recoacere. Comportarea la tratamente termice şi caracteristicile mecanice ale aliajelor Al-Cu-Mg este puternic imfluenţatǎ de prezenţa impuritǎţilor sau elementelor de aliere astfel: manganul mareşte rezistenţa mecanicǎ dar la conţinuturi mai mari de 1% micşoreaza mult plasticitatea, siliciul mǎreşte rezistenţa mecanicǎ şi îmbunǎtǎţeşte comportarea la îmbǎtrânirea artificialǎ, nichelul mǎreşte refractaritatea, fierul la conţinuturi mai mari de 0,5 micşoreazǎ rezistenţa mecanicǎ. Aliajele Al-Cu-Ni sunt aliaje cu rezistentǎ mecanicǎ mare atât la temperaturi joase cât şi la temperaturi ridicate. În aliajele de tip Y durificarea la îmbǎtrânire se datoreşte compuşilor ternari (CuNi)2Al3 şi Cu4NiAl7, fiind posibilǎ şi prezenţa unui compus cuaternar ce conţine în plus Mg. O altǎ categorie de aliaje deformabile durificabile prin precipitare o constitue aliajele Al-Mg-Si. Structura aliajelor din acest sistem este relativ simplǎ, fiind alcatuitǎ din soluţie solidǎ α şi compus Mg2Si. Aliajele Al-Mg-Si sunt utilizate în industria constructoare de maşini datoritǎ caracteristicilor de rezistentǎ mecanicǎ ridicate, rezistenţei la coroziune bune, prelucrabilitǎţii prin aşchiere şi sudabilitǎţii foarte bune. O parte din aceste aliaje sunt utilizate pentru executarea unor obiecte decorative. Tot în categoria aliajelor deformabile durificabile prin tratament termic sunt incluse si aliajele din sistemul Al-Zn-Mg, aliaje caracterizate prin rezistenţǎ mare la coroziune. Aceste aliaje conţin 2-8% Zn, la care se mai adaugǎ Cu, Fe, Si, Cr, Mn, Ti, Ag. Aliajele din acest sistem se împart în: Aliaje de înaltǎ rezistenţǎ, pentru care suma Zn+Mg+Cu>10%; Aliaje de medie rezistenţǎ, cu suma Zn+Mg+Cu=7-9%; Aliaje cu rezistenţǎ scazutǎ pentru care suma respectivǎ este mai micǎ de 6%. Aliaje de aluminiu pentru turnatorie Aliajele de aluminiu pentru turnatorie trebuie sǎ aibǎ fluiditate mare, contracţie relativ micǎ, susceptibilitate scazutǎ de fisurare la cald şi de formare a porilor, proprietǎţi caracteristice aliajelor care contin eutectice. Dintre aliajele pentru turnatorie se menţioneaza aliajele: Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al- Zn şi Al-Mg-Cu-Ni-Cr. Aliajele Al-Cu pentru turnatorie se împart în: Aliaje cu 4-6% Cu şi mici adausuri de Si, Mg, Ni, Mn, Ti; Aliaje cu 6-8% Cu şi adausuri de Fe, Si, Mn, Cr, Zn si Sn; Aliaje cu 10-14% Cu ce conţin pânǎ la 0,4% Mg, 1,5% Fe, 5% Si şi mici proporţii de Ni, Mn, Cr. Adaugarea elementelor de aliere are ca scop îmbunǎtǎţirea proprietǎţilor mecanice şi a caracteristicilor tehnologice; şi îmbunǎtǎţeşte proprietǎţile de turnare şi în prezenţa Mg face posibilǎ aplicarea tratamentelor termice de durificare, Mg contribuie la creşterea proprietǎţilor de rezistenţǎ mecanicǎ, Ti finiseazǎ granularea mǎrind tenacitatea, Ni mǎreşte rezistenţǎ la temperaturi ridicate, Mn mareşte rezistenţa mecanicǎ, dar scade plasticitatea. Aliajele Al-Cu pentru turnatorie, ce contin 4-6% Cu deoarece nu conţin eutectic, au proprietǎţi de turnare scǎzute, în schimb aliajele cu peste 10% Cu au proprietǎţi de turnare foarte bune. Aliajele Al-Cu sunt utilizate pentru turnarea unor piese puternic solicitate în construcţia de maşini şi aviaţie cum ar fi: tambure de franǎ, pistoane, chiulase, blocuri motoare. „ idicate, densitate micǎ şi rezistenţǎ la coroziune în altmosfera sau mediu salin. Proprietǎţile de turnare ale acestor aliaje depind de conţinutul în Mn. Manganul mareşte rezistenţa mecanicǎ şi îndepǎrteazǎ acţiunea negativǎ a Fe asupra rezistenţei la coroziune, Zn îmbunatǎţeşte proprietǎţile de turnare, Cu, Fe, Ni micşoreazǎ rezistenţa la coroziune şi plasticitatea, ridica refractaritatea, Ti, Zr,B finiseaza granulatia mǎrind tenacitatea, Be micşoreazǎ susceptibilitatea la oxidare a aliajelor topite. Aliajele din sistemul Al-Mg sunt utilizate în industria constructoare de maşini, la turnarea unor piese rezistente la coroziune în atmosferǎ, în apǎ de mare şi soluţii alcaline, cu proprietǎţi de rezistenţǎ mecanicǎ corespunzǎtoare. Aliajele Al-Si cunoscute sub denumirea de siluminuri conţin obişnuit de la 2 la 14% Si şi diferite impuritǎţi: Fe pânǎ la aproximativ 1,4%, Mg pânǎ la circa 0,15%, Cu maxim 0,6%. Foarte utilizate sunt aliajele cu 10-13% Si. Al şi Si sunt partial solubili în stare solidǎ şi nu formeazǎ compuşi. Structura aliajelor cu 11-13% Si este formatǎ din cristale primare de siliciu şi masǎ de bazǎ din eutectic grosolan de α+Si. La solidificare eutecticului cristalele de siliciu se depun la limita cristalelor de α sub forma de cristale aciculare şi efectueazǎ negativ proprietǎţile mecanice. Aceste neajuns este înlǎturat prin modificari care produc urmatoarele efecte: Micşorarea graunţilor dentritici; Subţiera şi fragmentarea ramurilor dentritice; Schimbarea morfologiei şi formei eutecticului. Prin urmare un aliaj cu 12% Si dupǎ modificare are o structurǎ hipoeutectica, fiind alcatuit din solutie solida α si eutectic fin. Siluminurile sunt carcterizate prin proprietǎţi bune de turnare, sudabilitate bunǎ şi rezistenţǎ la coroziune ridicatǎ. Sunt utilizate în construcţia de maşini pentru turnarea unor piese subţiri cu secţiuni complicate care sǎ aibǎ caracteristici mecanice şi rezistente la coroiune bune. Îmbunǎtaţirea caracteristicilor mecanice şi tehnologice a acestor aliaje poate fi realizatǎ prin aliere cu:Mg, Mn, Cu, Ni. Dintre aliajele Al-Si aliate se mentioneazǎ aliajele Al-Si-Mg, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg-Ni. Aliajele Al-Si-Mg conţin 2-14% Si, pânǎ la 2% Mg şi adausuri de Fe, Mg, Ti. Sunt utilizate la turnatea unor piese puternic solicitate în expluatare, în construcţii importante cum ar fi motoarele cu ardere internǎ sau la turnarea unor piese cu rezistenţǎ la coroziune ridicatǎ. Aliajele Al-Si-Cu conţin 5-12% Si pânǎ la 5%Cu şi mici adausuri de Mn si Fe. Caracteristicile tehnologice şi de exploatare ale acestor aliaje pot fi modificate prin tratamente termice. Sunt utilizate în industria constructoare de maşini şi aviaţie, la piese turnate supuse la solicitari mari cum ar fi: carcase capete de cilindrii, blocuri de motor, pistoane şi alte piese rezistente la solicitari la cald în timpul exploatǎrii. Aliajele din sistemul Al-Zn conţin aproximativ 12% Zn, la care se mai adaugǎ 0,1-1,0% Mg, 5-8% Si şi uneori Ti, Cr, Fe. Creşterea proporţiei de Zn micşoreazǎ caracteristicile de turnare. Proprietǎţile mecanice ale acestor aliaje depind de procedeul de turnare şi de tratamentul termic aplicat pieselor. Sunt utilizate pentru obţinerea unor piese cu stabilitate dimensionala ridicatǎ şi cu proprietǎţi mecanice foarte bune. Aliaje de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor Dintre aliajele pe bazǎ de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor, cele mai utilizate sunt aliajele Al-Al2O3 cunoscute sub denumirea de aliaje de tip SAP. Aliajele SAP sunt alcǎtuite dintr-o matrice de aluminiu în care sunt dispersate particule de Al2O3. Proporţia de Al2O3 variazǎ de la 6-9%(SAP1), pânǎ la 18-20%(SAP4). O datǎ cu creşterea conţinutului în Al2O3 creşte rezistenţa la rupere de la 30-32 daN/mm2, la 44-46daN/mm2 şi scade alungirea de la 5-8 la 1,5-2%. Aliajele de tip SAP în comparaţie cu celelalte aliaje de aluminiu au o înaltǎ rezistenţǎ la coroziune şi refractaritate ridicatǎ, sunt utilizate în industria chimicǎ şi aeronauticǎ. Tot prin metalurgia pulberilor se pot obţine piese din aliaje a cǎror elaborare sau deformare este foarte dificilǎ. În aceastǎ categorie sunt cuprinse aliajele de tip SAS, aliaje ale aluminiului cu: Fe, Si, Ni, Mg, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Be, Sn, Pb. De exemplu aliajul SAS1 cu 25-30% Si şi 5-7% Ni are coeficient de dilatare mic şi conductibilitate termicǎ scazutǎ. Aliajele Al-Zn-Mg-Cu-Fe-Ni-Cr cu 7,5%Zn, 2,5%Mg, 1,1%Cu, 1,1-2,2%Fe, 1-2,3%Ni şi 0,2%Cr au rezistenţǎ mecanicǎ ridicatǎ, sunt refractare, au rezistenţǎ la coroziune ridicatǎ şi proprietǎţi antifricţiune. Prin metalurgia pulberilor se pot obţine şi aliaje ale Al cu SiO2, SiC, B4C, AlPO4. De exemplu, aliajele aluminiului cu bor sau carbura de bor sunt utilizate pentru obţinerea unor bare modelatoare de la reactoarele nucleare. Materiale compozite pe bazǎ de aluminiu Aluminiul şi aliajele sale sunt utilizate şi pentru obţinerea unor materiale compozite. Aceste materiale se pot obţine prin mai multe metode: solidificarea unidirecţionalǎ a aliajelor eutectice bifazice cum ar fi Al-NiAl3, CuAl2-Al, Al-Co, Al-Be, includera unor fibre de bor, B4C, Be, grafit, Nb, Al2O3, otel, SiO2, SiC într-o matrice de aluminiu sau aliaje pe baza de aluminiu; la laminarea multistrat a aluminiului cu cadmiu şi stamiu. Extragerea aluminiului prin electroliza aluminei Alumina purǎ, este supusǎ electrolizei în mediu topit în vedera obţinerii aluminiului. Alumina dizolvatǎ în criolitǎ topitǎ este supusǎ acţiunii unui curent electric continuu, la 940-9600C, fiind descompusǎ în aluminiu şi oxigen- reacţia generalǎ este: Al2O3=2Al+3/2O2 La catod se va depune aluminiul metalic, iar la anod se degajeazǎ O2 care reacţioneazǎ cu anodul. Principalele teorii ale electrolizei aluminiului sunt: a)-elecroliza florurii de sodiu cu urmatorale reacţii secundare -la anod: 6F+Al2O3→2AlF3+3/2O2 sau: 12F+3O+2Al2O3→3CO2+4AlF3 sau: 4F+C→CF4 3CF4+2Al2O3→3CO2+4AlF3 la catod: 3Na+2AlF3→Al+AlF3*3NaF sau 6Na+Al2O3→2Al+3Na2O 3Na2O+2AlF3→2AlF3→Al2O3+6NaF b)-electroliza florurii de aluminiu cu depozit primar de aluminiu la catod şi reacţia florului asupra aluminei la anod c)-electroliza criolitei disociatǎ în ionii Na+ şi AlF63- şi a aluminei parţial disociatǎ în ioii Al3+ şi AlO33- d)-electoliza sodei care existǎ în stare ionizatǎ ca urmare a reacţiei: Al2O3+6NaF→2AlF3+6Na++3O2- e)-electoliza aluminatului de sodiu format dupǎ reacţia: 2Al2O3+AlF3*3NaF→2AlF3+3/2Al2O4Na2 Majoritatea acestor teorii admit formarea primara a CO2 la anod. Rafinarea aluminiului Aluminiul obţinut prin electroliza aluminei nu depaşeşte puritatea de 99,5…99,85%.Al; el conţine o serie de impuritǎţi metalice şi nemetalice pentru eliminarea acestor impuritǎţi se practicǎ rafinarea clorurantǎ şi cea electroliticǎ. Rafinarea clorurantǎ Se urmareste îndepartarea Mg,Na,K şi a incluziunilor nemetalice. Prin creuzetul cu metal topit se barbateazǎ un curent de clor care îndeplineşte funcţii multiple: separǎ metalele respective sub formǎ de cloruri; degazeificǎ metalul dacǎ acesta e solubil; antreneazǎ suspensiile de aluminǎ cu ajutorul clorurii de aluminiu, care rezultǎ în stare gazoasǎ. Spre sfrşitul operaţiei se introduce azot pentru a se raci baia şi se elimina urmele de clor, care ar putea rǎmâne în topiturǎ. Rafinarea electroliticǎ Rafinarea se realizeazǎ în topiturǎ de floruri şi este cunoscutş sub denumirea de rafinare între straturi. Procesul se desfasoarǎ la 850…9200C, temperaturǎ necesarǎ ca toate cele trei straturi sǎ fie în intregime topite. Pe bazǎ celulei de electolizǎ se introduce topiturǎ de aluminiu care urmeazǎ sǎ fie rafinatǎ prin adaos de cupru (25…35%), acest strat având o grosime de 60…70mm. Acest electolit conţine 60%BaCl2, 23%AlF3 şi 17%NaF. Cel de-al treilea starat este format din aluminiu rafinat în stare lichidǎ, care se colecteazǎ la suprafata bǎii. Stratul metalic inferior formeazǎ anodul, cadodul fiind constituit de stratul superior al aluminiului rafinat. Curentul este adus prin bare metalice încastrate în zidǎria vetrei. Se lucreazǎ cu curent continu, de mare intensitate (pana la 45000A), cu o tensiune de 6…7V şi densitate de curent de 0,5A/cm3 Sudura aluminiului şi aliajelor de aluminiu Procedeul de sudare cu flacara este larg folosit la sudarea aluminiului şi a aliajelor de aluminiu. În cazul folosirii unei flǎcǎri puternice se pot produce strapungeri, deoarece aluminiul are o temperaturǎ de topire mult mai joasǎ decât aliajele din aluminiul. Pentru sudare se recomandǎ ca flacǎra sǎ aibǎ un foarte mic exces de acetilenǎ ceea ce produce formarea oxidului de aluminiu. Masa de lucru a sudorului trebuie sǎ aibǎ tablia din caramizi de şamotǎ sau sǎ fie captuşitǎ cu foi de azbest. Suflaiurile pentru sudare se aleg cu un numar mai mare, decât cele folosite la sudarea oţelului. Pentru sudarea aluminiului se fabricǎ numeroase mǎrci de fluxuri pe bazǎ de clorurǎ sau fluorurǎ de litiu. O compoziţie corespunzǎtoare cuprinde 79% clorurǎ de potasiu, 16% clorurǎ de sodiu şi 5% acid de potasiu. Pisele se vor degrasa şi decapa complect înainte de sudare pe o porţiune de 30mm de la marginile tablelor. Dupǎ sudare tablele trebuie curǎţate bine de flux deoarece fluxurile provoaca coroziuni. Compoziţia metalului de adaos se stabileşte în funcţie de cea a metalului de bazǎ, dupa cum urmeazǎ: -vergele de aluminiu pur pentru sudarea construcţiilor electrotehnice (conductoare, contacte); -vergele turnate din aliaj de aluminiu-siliciu pentru sudarea pieselor turnate din aluminiu sau aluminiu-siliciu; -vergele de aluminiu-magneziu şi aluminiu-titan pentru sudarea construcţiilor din aceste aliaje; -vergele din aluminiu-cupru pentru sudarea duraluminiului. În cazul când nu se dispune de material de adaos corespunzǎtor se decupeazǎ faşii din materialul de bazǎ. Sudarea tablelor cu margini rasfrante se executǎ prin metoda spre stangǎ, farǎ oscilaţii tranzversale. Sudarea cap la cap la grosimi de tabla pânǎ la 5 mm se executǎ tot spre stanga, însǎ arzǎtorul se ţine la început aproape în poziţie verticalǎ panǎ la formarea bǎii de sudurǎ. Aceastǎ metodǎ poate fi folositǎ şi la grosimi reduse de material, farǎ oscilaţii transversale. În cazul când în timpul sudurii se produce un defect, se opreşte sudarea, se scobeşte locul defect şi se reâncepe sudarea pe o lungime redusǎ a sudurii efectuatǎ, spre a fi siguri cǎ defectul a fost inlǎturat. Dupǎ rǎcirea completǎ, linia de sudura se curatǎ şi se spalǎ cu apǎ fierbinte. Piesele turnate se sudeazǎ cu preâncǎlzire la 3000C, iar dupǎ sudarea comletǎ se supun unei recoaceri foarte uniforme la temperaturǎ de 5000C, urmate de o rǎcire foarte lentǎ. Sudarea în mediu de gaz protector Aliajele de aluminiu, în principiu, pot fi sudate în atmosferǎ protectoare de argon; trebuie însa sǎ se tinǎ seama cǎ rezistenţa elementelor sudate se reduce în zona influenţatǎ termic la cea a metanului de bazǎ în stare moale. Alegerea procedeului se face în funcţie de grosimea tablei sau elementelor de sudare. Procedele de sudare în atmosferǎ protectoare au fatǎ de alte procedee avantajul cǎ pelicula de oxid este distrusǎ datoritǎ efectului de curaţire a arcului. Efectul de curaţire a baii este determinat de polaritatea curentului. Acest efect are loc numai dacǎ se sudeazǎ în curent continuu, cu electrodul la polul pozitiv sau în cazul sudǎrii cu curent alternativ. Amorsarea arcului la sudurǎ în atmosferǎ inertǎ este foarte usoarǎ. Arcul de sudrǎ în argon are, datoritǎ lungimii şi stabilitǎţii lui asiguratǎ de ionizarea uşoarǎ a gazelor,avantajele mari faţǎ de arcul în aer cu alte gaze. Acest procedeu mai are marele avantaj ca poate fi aplicat la sudarea în orice poziţie.Tablele pânǎ la 2 mm se pot asambla prin resfârngere şi se sudeazǎ farǎ material de adaos. Cele cuprinse între 6 şi 10 mm sau cele mai groase se sudeaza în V tablele cu grosimea de peste 10 mm se sudeaza în X sau în U. Pentru evitarea polilor atât tablele cât şi electrozii trebuie sǎ fie curaţi, lipsiţii de grasimi şi umezealş. În vederea sudǎrii, tablele se asambleazǎ pe cât posibil farǎ prinderi, cu ajutorul dispozitivelor de prindere în poziţia doritǎ, ţinâdu-se seama de dilatǎri şi contracţi. Tablele pânǎ la grosimea de 4 mm nu trebuiesc preâncǎlzite. Sudarea se va începe tot la 50-60 mm de la capatul tablelor În tabelul urmǎtor se dau valorile orientative pentru alegerea caracteristicelor de sudare. Grosimea materialelor în mm Intensitatea curentului în amperii Diametrul electrodului în mm Debit de argon în l/min Diametrul sârmei de adaos în mm Viteza de sudare în mm/min 1 40-50 1 4-6 - 400 2 80-90 1,6 4-5 2 300-250 3 120-140 2,4 6-7 2-4 260-300 6 220-340 4 8-10 4 200-250 8 300-350 4,8 12 4-5 120-140 Pentru poziţia verticalǎ sau pe plafon, intensitatea curentului se reduce cu circa 10%. Sudarea aluminiului şi a aliajelor sale în mediu de argon cu electrod fuzibil se aplicǎ în sudarea tablelor cu grosimi de peste 4 mm; totdeauna se sudeazǎ cu curent continuu legându-se piesa de polul negativ. Procedeul este foarte potrivit pentru mecanizare şi aumatizare. Productiviatea este foarte mare datoritǎ unei încǎrcǎrii specifice cu curent mare, cuprinsǎ între 50 şi 100 A/mm2. Sudare cu gaze Sudarea aluminiului şi a aliajelor sale. Pregatirea elementelor în vederea sudǎrii se face asemǎnǎtor ca pentru oţel. Prin sudarea oxiacetilenicǎ se pot îmbina piese de aluminiu cu grosimi cuprinse între 2 şi 4mm, în cazuri speciale chiar şi table de un mm. Prinderile la tablǎ subţire se fac la distanţe de 50-100mm, tablele peste 5mm pe cât posibil nu se vor prinde. Sudarea se executǎ cu un arzǎtor, cu unu sau cu douǎ numere mai mic, sau de aceaşi marime ca şi pentru sudarea otelului de aceaşi grosime. În general se sudeazǎ spre stanga, excepţie fǎcând piesele sau tablele foarte groase. Deschiderea tablelor în capatul spre care se sudeazǎ va fi puţin mai mare pentru compensarea contracţiilor. Se recomandǎ preâncǎlzirea elementelor la 200- 3000C şi sudarea pe o suprafaţǎ rǎu conducǎtoare de cǎldurǎ. Pentru a evita oxidarea bǎii, arzǎtorul nu va fi ţinut prea aproape de ea. În ceea ce priveşte prelucrare cusǎturii dupǎ execuţie se obişnuieşte sǎ se ecruseze şi sǎ se mǎreascǎ duritatea cusǎturii executate prin ciocnire. Aceastǎ ciocnire se poate face în stare caldǎ, la 3500C, sau dupǎ ce cusǎtura sa rǎcit complect. De asemenea, se va evita ciocnirea cusaturii la temperaturi în jur de 5000C pentru ca aluminiul la aceasta temperaturǎ se sfarâma uşor. Se va evita îngroşarea mare a cusǎturii, în special a aceleia care se va ciocni ulterior. În general, cusǎtura forjatǎ la cald(3500C) rezistǎ mai mult la coroziune. Pentru zgurificarea oxidului de aluminiu trebuie sǎ se foloseascǎ, în cazul sudǎrii oxiacetilenice pastǎ sau pulberi de sudat. O pulbere sau pastǎ bunǎ de sudat trebuie sǎ aibǎ urmǎtoarele calitǎţi: -sǎ dizolve repede şi complet oxidul de aluminiu, trecându-l într-o zgurǎ fluidǎ cu punctul de topire redus; -sǎ acopere bine suprafeţele pregatite pentru sudare; -atât zgura cât şi resturile de pastǎ sǎ se poatǎ îndeparǎ uşor de pe cusaturǎ; -sǎ nu corodeze metalul. Nu totdeauna pastele sau pulberile îndeplinesc toate aceste condiţii şi mai ales ultima, de aceea cusǎturile tebuie plasate astfel încat sǎ permitǎ accesul în vedera curǎţirilor. Generalitǎţii………………………………………………… ………… …….1 Proprietǎţi fizice şi caracteristicile mecanice…………………………… …2 Utilizǎri……………………………………………………