hliník a jeho slitiny - IC.cz

Označování hliníku a jeho slitin dle ČSN ENa) Označování hliníku a slitin hliníku pro tváření dle ČSN EN 573-1 až 3Tyto normy platí pro tvářené výrobky a ingoty určené ke tváření a stanovíoznačování písmeny EN AW a čtyřmi číslicemi. \číselné označení lze doplniti chemický označením, např. EN AW-5052 [AlMg2.5]2/41

3/41

4/41Příklad značení hliníkových slitin pro tváření

5/41

Přehled slévárenských hliníkových slitinTyto slitiny mají oproti slitinám jiných kovů celou řadu výhod:•Dobrá slévatelnost, která se výrazně zlepšuje se zvyšujícím se podílempříslušného eutektika podle chemického složení,•Nízká teplota tavení,•Malý interval krystalizace,•Obsah vodíku v odlitku, který je jediným rozpustným plynem v hliníku, lzeminimalizovat vhodnými technologickými podmínkami,•Dobrá chemická stabilita (odolnost vůči korozi),•Dobré povrchové vlastnosti odlitku,•U většiny slitin je nízká náchylnost k tvorbě trhlin za tepla.6/41

7/41

8/41

9/41

10/41

11/41

12/41

13/41

14/41

15/41

16/41

17/41

18/41

19/41

20/41

21/41

22/41

23/41

Tepelné zpracování slitin hliníkuMezi tepelným zpracováním slitin pro tváření a slitin pro odlévání není zásadníhorozdílu, a proto budou obě skupiny slitin zahrnuty dohromady.Způsoby TZ lze rozdělit do těchto základních skupin:žíhánívytvrzováníŽíhání na odstranění vnitřního pnutíCílem je snížit vnitřní pnutí vyvolané tepelným spádem při chladnutí odlitků,svařování apod. Provádí se při teplotě 200 až 250°C s dobou setrvání 6 až 8 hod.Žíhání na zotaveníTeplota se řídí dle chemického složení a konečných mechanických požadavků. Jejívýše je taková, aby nenastala strukturní změna (nižší než rekrystalizační). Cílem jeopět snížit pnutí a to především u tvářených za studena.Žíhání stabilizačníRozměrová stabilizace se provádí v teplotním rozsahu 240 – 350°C podle druhuslitiny.U odlitků může stabilizační žíhání nahradit jiné způsoby tepelného zpracování.24/41

Žíhání rekrystalizačníToto tepelné zpracování se provádí u kovů a slitin, jež jsou vestavu tvářeném za studena. Rekrystalizačním žíháním sesnižuje tvrdost a pevnost a zvyšuje se tažnosta houževnatost. Snahou rekrystalizačního žíhání je získat conejjemnější zrno.Nevytvrzená, zastudena tvářená slitina je rekrystalizačněžíhána po krátkou dobu na vyšší teplotě, než je obvyklárekrystalizační teplota dané slitiny. Je-li strukturaheterogenní, není problém zajistit její heterogeničnosti nadále, neboť rekrystalizační pochody jsou rychlejší neždifúzní změny. Teplota a doba prodlevy se řídí dle slitinya jejího stavu.Žíhání homogenizačníSlitiny, které pro svou chemickou heterogenitu, např. po primární krystalizaci, jsouv nerovnovážném stavu, je možno homogenizovat žíháním nad teplotou změnyrozpustnosti, tedy v oblasti tuhého roztoku (viz binární diagram). Slitiny s velkoukoncentrací přísad vyžadují delší prodlevu na teplotě a naopak. U tvářených slitins jemnozrnnou strukturou se dosáhne homogenního stavu za 20-60 min,slevárenské slitiny s hrubou licí strukturou vyžadují 3-16 hod.25/41

VytvrzováníTouto speciální technologií lze do značné míry měnit mechanické a fyzikálnívlastnosti takových slitin, které mají v rovnovážném diagramu dostatečněvýraznou změnu rozpustnosti. Ta je základním předpokladem pro vznikpřesyceného tuhého roztoku, jehož další změna vede k ovlivnění vlastností.Provádí se především u slitin hliníku, hořčíku, některých slitin mědi.Tato technologie se skládá z následujících úkonů:e) rozpouštěcí žíháníb) ochlazení ve voděc) stárnutí26/41Rozpouštěcím žíháním dojde k dosaženíhomogenního tuhého roztoku. Ohřevu je nutnověnovat značnou péči. Zvláště u takových slitin,u nichž koncentrace přísady se blíží maximálnímustupni sycení, je kladen důraz především nadodržení správné výše teploty. V takovýchpřípadech je i křivka solidu velmi blízko změněrozpustnosti a proto přílišné překročení této teploty(někdy je zde rozmezí pouze několik stupňů) můževyvolat natavení hranic zrn, zhrubnutí struktury.

Při příliš nízké teplotě je naopakrozpouštění segregátů nedokonalé. Dobaprodlevy je dána především tloušťkousoučásti, druhem a velikostí fází. Snahou jedobu zkrátit na co nejmenší míru, neboťzbytečným prodlužováním hrubne zrnoa zhoršují se vlastnosti.Ochlazení slitiny se provádí do vodyo teplotě 20°C, tvarově složitější dílyochlazují ponorem do vody o teplotě40-50°C, v některých případech až 80°C.Cílem je získat přesycený tuhý roztok,zabránit segregaci fází. Na rozdíl odheterogenního stavu vyznačuje sehomogenní stav za normální teploty nižšímipevnostními vlastnostmi, vyšší tažnostía vyšší houževnatostí.27/41

Stárnutí hliníkových slitin je velmi složitý proces. Probíhá nuklease nové fáze,která je bohatší na přísadu než základní tuhý roztok. Růstem těchto zárodkůvznikají koherentní precipitáty, které jsou označovány jako Guinier-Prestonovapásma.Za zvýšené teploty tyto precipitáty dále rostou a jejich počet se zmenšuje.Při dalším vzestupu teploty vznikají částečně koherentní a nekoherentní precipitáty.Rozpad přesyceného tuhého roztoku označujeme souborně jako stárnutí, při čemžvýrazným dílčím pochodem je precipitace, která následuje po předprecipitačníchjevech.Proces probíhající za normální teploty se označuje jako přirozené, zatímco při vyššíteplotě je označováno jako umělé.28/41

Průběh stárnutí je přiblížen na slitině Al-4%Cu.Rozpouštěcí žíhání je provedeno při teplotě 500°C,následuje rychlé ochlazení. Při ponechání na normálníteplotě dochází v prvé fázi k rozsáhlé difúzi pohybuatomů mědi, čímž vznikají oblasti s vyšší koncentracímědi. Zde dochází ke vzniku koherentního precipitátumonoatomárních vrstev mědi. Tato pásma jsouoznačována jako Guinier-Prestonova pásma I (GPI).V další fázi stárnutí vznikají vícevrstvé destičkovéútvary tvořené několika monoatomovými, pravidelně sestřídajícími vrstvami mědi. Tato pásma jsou označenajako Guinier-Prestonova pásma II (GPI) .29/41

Pásma GOII mají zřetelnou tetragonální stavbua jsou ještě koherentní s mřížkou základníkovové hmoty.Vznikem GPI a GPII je přirozené stárnutí slitinyAl-Cu skončeno. Stárne-li tato slitina za vyššíchteplot, objevují se v průběhu stárnutí některérozdíly. V prvé fázi vznikají koherentníprecipitáty GPI.30/41Při zvýšené teplotě 130°C se objevují vedle těchto precipitátů i pásma GPII,jejichž počet stále vzrůstá, zatímco GPI se postupně rozpouštějí. Asi po10 hod. se vedle pásem GPII objevuje ve struktuře nová, částečně koherentnífáze ´. Zpočátku vzniku této fáze ´ dochází ke zvýšení tvrdosti. Jakmile sevšak zvýši její objem, zmenší se její disperznost a tvrdost se snižuje. Tentopokles tvrdosti se označuje jako přestárnutí slitiny.Částečně koherentní fáze ´ je koherentní – na rozdíl od základní kubickémřížky. Při teplotě 200°C dosahují ploténky fáze ´ průměru asi 100 Å a výšky100-300 Å. Při teplotě 300°C a dlouhé době se mění fáze´ na stabilní fázi ,Al 2Cu. Tato stabilní fáze je již nekoherentní. Úplné snížení koherentnosti seprojeví snížením pevnosti a tvrdosti na minimální výši, přičemž se současnězvyšuje houževnatost a tažnost.

31/41

32/41

Příklad tepelného zpracování hliníkových slitin33/41

34/41

35/41

36/41

37/41

38/41

39/41

40/41

41/41

Otázky – hliník a jeho slitiny:3. Značení hliníku a jeho slitin pro tváření4. Značení hliníku a jeho slitin pro odlitky5. Slévárenské hliníkové slitiny - výhody6. Slévárenské hliníkové slitiny – rozdělení, vlastnosti7. Slévárenské hliníkové slitiny – tlakové lití8. Hliník a jeho slitiny pro tváření9. Vlastnosti hliníku a jeho slitin10.Možnosti zvýšení pevnostních vlastností11.Vliv jednotlivých prvků – alespoň 4 prvky12.Mechanické vlastnosti13.Tepelné zpracování slitin hliníku14.Vytvrzování15.Souvislost mezi strukturou a vlastnostmi hliníkových slitin