Aluminium i jego stopy
Aluminium (rys. nr 3) to pierwiastek o barwie srebrzystobiaÅ‚ej. Jest metalem odpornym na korozjÄ™ oraz dobrym przewodnikiem prÄ…du elektrycznego i ciepÅ‚a. Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, gÅ‚ównie ze wzglÄ™du na niskÄ… wytrzymaÅ‚ość. Czyste aluminium stosuje siÄ™ na przewody elektryczne, do wytwarzania folii, proszków do platerowania naczyÅ„, farb i jako skÅ‚adnik stopów. Dużo wiÄ™ksze zastosowanie majÄ… stopy aluminium, które ze wzglÄ™du na maÅ‚Ä… gÄ™stość sÄ… nazywane stopami lekkimi. Najczęściej stosowane dodatki stopowe to: miedź, krzem, magnez, mangan, nikiel i cynk. Dodatki stopowe zwiÄ™kszajÄ… przede wszystkim wytrzymaÅ‚ość, odporność na korozjÄ™ i polepszajÄ… obra-bialność. Stopy aluminium dzieli siÄ™ na odlewnicze i do obróbki plastycznej.
Rys. nr 3.4. Blacha aluminiowa
ŹródÅ‚o: http://www.alustock.pl/
I. Odlewnicze stopy aluminium
GÅ‚ównymi skÅ‚adnikami odlewniczych stopów aluminium sÄ…: krzem, miedź, magnez, a ponadto w niektórych stopach wystÄ™pujÄ… jeszcze mangan, nikiel i tytan. NajwiÄ™ksze zastosowanie majÄ… stopy aluminiowe o dużej zawartoÅ›ci krzemu. Zawartość krzemu w odlewniczych stopach aluminium wynosi 0,8÷23% Si. Stop AlSi21CuNi, znany również pod nazwÄ… silusil, zawiera 20÷23% krzemu, 1,1÷1,5% miedzi, 0,5÷0,9% magnezu, 0,1÷0,3% manganu, 0,8÷1,1% niklu i jest stosowany na odlewy wysoko obciążonych tÅ‚oków silników spalinowych. Jest odlewany w zasadzie pod ciÅ›nieniem.
Stopy aluminium zawierajÄ…ce 10÷13% krzemu noszÄ… nazwÄ™ siluminów. Typowymi siluminami sÄ… stopy AlSi11 i AlSi3Mg1CuNi. Pierwszy z nich zawiera 10÷13% Si i stosuje siÄ™ go na odlewy części o skomplikowanych ksztaÅ‚tach, Å›rednio obciążone, pracujÄ…ce w podwyższonych temperaturach i odporne na korozjÄ™ nawet w wodzie morskiej. Ma dobre wÅ‚asnoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe i dobrÄ… spawalność. Stop AlSil3MglCuNi zawiera 11,5÷13% Si, 0,8÷1,5% Cu, 0,8÷1,5% Mg i 0,8÷1,3% Ni i jest stosowany na odlewy tÅ‚oków silników spalinowych.
Stopy aluminium z miedziÄ… majÄ… dobre wÅ‚asnoÅ›ci odlewnicze i odporność na korozjÄ™, ale wykazujÄ… skÅ‚onność do pÄ™knięć na gorÄ…co. Stop AlCu4 zawiera 4 +5% Cu i jest stosowany na galanteriÄ™ stoÅ‚owÄ… i odlewy wymagajÄ…ce dobrej lejnoÅ›ci i plastycznoÅ›ci. Stop AlCu4TiMg zawiera 4,2÷5% Cu, 0,15÷0,4 Mg, 0,15÷0,30 Ti i jest stosowany na odlewy części samochodowych i na Å›rednio i wysoko obciążone odlewy dla przemysÅ‚u maszynowego. Stopy aluminium z magnezem, jak AlMg10 i AlMgSi1, sÄ… stosowane na odlewy o wysokiej odpornoÅ›ci na korozjÄ™.
II. Stopy aluminium do obróbki plastycznej
Stopy te majÄ… procentowo mniejszÄ… zawartość dodatków stopowych niż stopy odlewnicze aluminium. Jest to podyktowane tym, że duże iloÅ›ci dodatków stopowych pogarszajÄ… wÅ‚asnoÅ›ci plastyczne stopu. GÅ‚ównymi skÅ‚adnikami stopów aluminium do obróbki plastycznej sÄ…: magnez, miedź, mangan, krzem i w mniejszym stopniu także nikiel, żelazo, cynk, chrom i tytan.
Stopy aluminium z magnezem odznaczajÄ… siÄ™ dobrÄ… odpornoÅ›ciÄ… na korozjÄ™ i dziaÅ‚anie wody morskiej. Stop AlMg1 zawierajÄ…cy 0,74÷1,2% Mg nadaje siÄ™ do obróbki plastycznej na zimno i na gorÄ…co; jest szczególnie podatny do gÅ‚Ä™bokiego tÅ‚oczenia i spawania. Jest stosowany na części kute w matrycach i tÅ‚oczone, na części urzÄ…dzeÅ„ w przemysÅ‚ach chemicznym i spożywczym. Stop AlMg4,5Mn zawiera 4÷4,9% Mg i 0,4÷1% Mn; jest stosowany do obróbki plastycznej na zimno i na gorÄ…co. Jako stop odporny na korozjÄ™ nadaje siÄ™ na obciążone konstrukcje okrÄ™towe i przemysÅ‚u chemicznego.
Stop ten oraz stopy AlMg2 i AlMg5 sÄ… nazywane hydronalium. Do wytwarzania Å›rednio obciążonych elementów konstrukcji lotniczych, pojazdów samochodowych, części gÅ‚Ä™boko tÅ‚oczonych i części o zÅ‚ożonych ksztaÅ‚tach kutych w matrycach stosuje siÄ™ stopy avial – AlMg1SiCu i AlMg1Si.
Stopy aluminium z miedziÄ… i magnezem oraz częściowo również z manganem i krzemem charakteryzujÄ… siÄ™ dużym oporem plastycznym przy obróbce na zimno i na gorÄ…co. Stopy te sÄ… przede wszystkim używane na konstrukcje lotnicze. Duże zastosowanie przemysÅ‚owe znalazÅ‚y stopy wieloskÅ‚adnikowe, zwane duralami. Zaliczamy do nich stopy AlCu4Mg, AlCu4Mg1A, AlCu4Mg i AlCu4M1, stosowane na nity do konstrukcji lotniczych, obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów samochodowych oraz konstrukcyjne elementy budowlane. Duraluminium ma dużą odporność na korozjÄ™ i po utwardzeniu w wyniku obróbki cieplnej uzyskuje znacznÄ… wytrzymaÅ‚ość (29÷440 MPa).
Na części pracujÄ…ce w wysokich temperaturach do 300°C, szczególnie w konstrukcjach lotniczych, stosuje siÄ™ stopy z dodatkiem żelaza i niklu, tj. AlCu2Mg2NiSi i AlCu2Mg2Ni1. NadajÄ… siÄ™ do obróbki plastycznej na gorÄ…co, a szczególnie do kucia w matrycach.
Stopy z dodatkiem cynku – AlZn6Mg2Cu i AlZn5Mg1 – sÄ… stosowane na bardzo obciążone elementy różnych konstrukcji, zwÅ‚aszcza lotniczych.
WedÅ‚ug PN-EN 573-3:2005 wytwarza siÄ™ 17 gatunków aluminium o różnym stopniu czystoÅ›ci od 99,0 do 99,99% Al. Oznaczenie skÅ‚ada siÄ™ z ciÄ…gu liter oraz liczby okreÅ›lajÄ…cej zawartość aluminium w %, a niekiedy dodaje siÄ™ na koÅ„cu symbol chemiczny pier-wiastka stanowiÄ…cego gÅ‚ównÄ… domieszkÄ™, np. EN AW-A199,5Ti. EN oznacza kodowanie na podstawie symboli chemicznych, A – aluminium, W – wyroby oraz wlewki do prze-róbki plastycznej, 99,5 - zawartość czystego Al w %, Ti – symbol pierwiastka (tytanu), stanowiÄ…cego wyróżnionÄ… domieszkÄ™. Gatunki aluminium stosowanych w przemyÅ›le elektrotechnicznym sÄ… dodatkowo oznaczane literÄ… E, np. EN AW-EA199,7.
Rozróżnia siÄ™ stopy aluminium do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3:2005) i odlewnicze (PN-EN 1706:2001). Nazywa sieje stopami lekkimi. Najczęściej gÅ‚ównymi skÅ‚adnikami stopowymi sÄ…: miedź, krzem, magnez, mangan i cynk. Podobnie do stali, stopy Al oznacza siÄ™ symbolami i cyframi.
Norma PN-EN 573-1:2006 dotyczy aluminium i jego stopów w zakresie: skÅ‚adu chemicznego, rodzaju wyrobów przerabianych plastycznie oraz czterocyfrowego systemu oznaczeÅ„ numerycznych XXXX. Pierwsza cyfra może oznaczać aluminium niestopowe lub okreÅ›lonÄ… grupÄ™ stopów aluminium, którÄ… charakteryzuje gÅ‚ówny pierwiastek stopowy (o najwiÄ™kszej zawartoÅ›ci procentowej). Grupy stopów okreÅ›lone pierwszÄ… cyfrÄ… sÄ… nastÄ™pujÄ…ce:
- 1xxx - aluminium niestopowe, zawierające 99,0% Al i więcej - grupa 1000.
PozostaÅ‚e grupy stopów zawierajÄ… nastÄ™pujÄ…ce gÅ‚ówne skÅ‚adniki stopowe:
- 2xxx - miedź Cu - grupa stopów 2000,
- 3xxx - mangan Mn - grupa stopów 3000,
- 4xxx - krzem Si - grupa stopów 4000,
- 5xxx - magnez Mg - grupa stopów 5000,
- 6xxx - magnez i krzem Mg2Si - grupa stopów 6000,
- 7xxx - cynk Zn - grupa stopów 7000,
- 8xxx - inne pierwiastki - grupa stopów 8000,
- 9xxx - nie sÄ… używane - grupa stopów 9000 (zastosowanie w przyszÅ‚oÅ›ci).
Druga cyfra w oznaczeniu xXxx wskazuje na modyfikacje aluminium. Wartość 0 oznacza brak modyfikacji, natomiast cyfry od 1 do 9 oznaczajÄ… modyfikacjÄ™ aluminium wg ograniczeÅ„ Å›redniej arytmetycznej zawartoÅ›ci skÅ‚adników stopowych w czystym aluminium. Ostatnie dwie cyfry xxXX w grupie 1000 oznaczajÄ… zawartość procentowÄ… czystego aluminium. W pozostaÅ‚ych grupach nie majÄ… specjalnego znaczenia, lecz tylko identyfikujÄ… różne stopy aluminium w danych grupach.
Norma PN-EN 573-3:2005 zawiera system oznaczeÅ„ aluminium i jego stopów na podstawie symboli chemicznych. PrzykÅ‚ady oznaczeÅ„ aluminium niestopowego: EN AW-1199 [Al 99,99], EN AW-1070 [Al 99,7], EN AW-1100 [Al 0Cu] (zawiera niewielki doda-tek Cu). PrzykÅ‚ady oznaczania stopów aluminium do przeróbki plastycznej (symbol W): EN AW-5251 [Al Mg2], EN AW-60630 [Al Mg0,7Si], EN AW-7075 [Al Zn5,5MgCu], EN AW-3005 [Al MnlMg0,5]. Dopuszcza siÄ™ pominiÄ™cie nawiasów kwadratowych oraz użycie oznaczenia symbolowego lub cyfrowego, np. EN AW-AlMg4Mn lub tylko 5083 (PA13 wg PN), EN AW-AlMg1SilMn0,6 lub 6082 (PA4 wg PN), EN AW-AlCu4Mg2 lub 2024 (PA7 wg PN). SkÅ‚ad procentowy podstawowych skÅ‚adników stopowych wyraża Å›redniÄ… zawartość przedziaÅ‚u, zaokrÄ…glonÄ… do najbliższej liczby caÅ‚kowitej lub 5/10, a przy zawartoÅ›ci < 1% do 1/10%. Dla kilku dodatków stopowych ich symbole umieszcza siÄ™ w ko-lejnoÅ›ci zmniejszajÄ…cej siÄ™ zawartoÅ›ci pierwiastków.
Norma PN-EN 1706:2001 podaje oznaczenia procesów obróbki cieplnej produktów. SÄ… one nastÄ™pujÄ…ce:
- F - produkt wytworzony,
- O - produkt wyżarzony,
- Tl - produkt schłodzony z podwyższonej temperatury i naturalnie starzony,
- T4 - produkt przesycony i naturalnie starzony w razie potrzeby,
- T5 - produkt schłodzony z podwyższonej temperatury i sztucznie starzony,
- T6 - produkt przesycony i sztucznie starzony,
- T64 - produkt przesycony i sztucznie starzony w temperaturze dla stanu podsta-wowego,
- T7 - produkt przesycony i sztucznie starzony (stabilizowany).
Stopy odlewnicze charakteryzuje w oznaczeniu litera C, np. EN AC-AlCu4MgTi, EN AC 2100 oraz EN AC-AlSi11 (AK11 wg PN), EN AC-AlMg7 (AK7 wg PN), EN AC-AlSi6Cu4 (AK64 wg PN), (~EN AC-AlSi5Cu1Mg odpowiada w przybliżeniu składowi siluminu oznaczanego wg PN jako AK51).
Nie wszystkie stopy aluminium stosowane w Polsce majÄ… swoje odpowiedniki w normach PN-EN, choć liczba różnych gatunków stopów aluminium ujÄ™tych w nich jest bardzo duża.
Opracowano na podstawie materiaÅ‚ów KOWEZIU.