Aliaje pe bază de aluminiu
Principalele elemente de aliere ale aluminiului sunt Cu, Mg și Zn, la care se adaugă MN, Ni, Cr, Fe, alierea având ca principiu și îmbunătățirea caracteristicilor de rezistență mecanice ale acestuia.
Cele mai răspândite și 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 bază de aluminiu
Aliaje pe bază de aluminiu se împart în:
1) aliaje deformabile;
2) aliaje pentru turnătorie;
3) aliaje obtinute prin metalurgia pulberilor.
Aliajele deformabile se împart în aliaje deformabile nedurificabile prin tratament termic și aliaje deformabile durificabile prin tratament termic.
Aliaje de aluminiu deformabile, nedurificabile prin tratament termic
În această 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 conțin mai mult de 1,4% Mg au în alcătuire structurală solutie solidă α și compusul Al8Mg5. Aliajele deformabile conțin până la 7% Mg; dintre acestea, cele ce conțin până la 5% Mg nu se durifică prin tratament termic, iar cele ce conțin peste 5% Mg pot fi durificate prin tratament termic însă efectul durificării este foarte mic. Având în vedere faptul că aliajele din acest sistem conțin o serie de impurități, structura lor este alcătuită din solutie solidă, compusul Al8Mg5 și alte faze intermediare, care se dispun de obicei la limitele grăunților de soluție solidă.
Aliajele Al-Mg au o rezistență mecanică ridicată asociată cu o bună plasticitate, ele putându-se deforma plastic la rece foarte usor, au rezistență la coroziune ridicată și o bună sudabilitate. Proprietățile mecanice și 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 și borul acționează asupra mărimii de grăunțe finisând granulația, manganul și cromul măresc rezistența mecanică și rezistența la coroziune, siliciul mărește fluiditatea, cuprul împiedică susceptibilitatea la coroziune pitting, fierul și zirconiul măresc temperatura de recristalizare, beriliul și litiul reduc gradul de oxidare al magneziului la elaborare.
Aliajele Al-Mg având rezistența mecanică ridicată în comparație cu aluminiul au o largă utilizare în construcții metalice, în industria constructoare de mașini, în transporturi, în aviație și în industria de armament.
Aliajele Al-Mn conțin de obicei 1-1,7% Mn. Deoarece solubilitatea compusului Al6Mn în aluminiu este variabilă cu temperatura, teoretic aceste aliaje pot fi durificate prin tratament termic. Aliajele Al-Mn au aceleași utilizări ca și aliejele Al-Mg. Aliajele deformabile nedurificabile, prin tratament termic din sistemul Al-Mn-Mg conțin până la 3% Mg și 1-1,5% Mn; sunt caracterizate prin rezistență mecanică ridicată, plasticitate bună, rezistență la coroziune mare și sunt ușor sudabile.
Aliajele deformabile nedurificabile prin tratament termic din sistemul Al-Ni-Fe conțin circa 1% Ni și 0,6% Fe; au rezistență bună la coroziune, în apă la temperaturi și presiuni ridicate și sunt utilizate în energetica nucleară.
Aliajele deformabile nedurificabile structural din sistemul Al-Sn-Ni-Cu au proprietăți antifricțiune foarte bune fiind utilizate la confecționarea lagărelor în industria automobilelor.
Aliaje de aluminiu durificabile prin tratament termic
Această grupă cuprinde aliaje cu elemente care au solubilitatea în aluminiu relativ ridicată: Cu, Mg, Zn, variația solubilității acestora cu temperatură permițând aplicarea tratamentelor termice. Din această clasă 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 soluție solidă α și compusul CuAl2. Deoarece aceste aliaje conțin o serie de elemente ca impurități sau ca elemente de aliere în structura lor apar și alte faze intermetalice, care fie se dizolvă în soluția solidă favorizând durificarea, fie sunt insolubile dispunându-se la limitele de grăunți. Caracteristicile tehnologice și de exploatare ale aliajelor Al-Cu sunt puternic influențate de prezența elementelor de aliere. Siliciul mărește rezistența mecanică, micșorează ductilitatea și rezistența la oboseală, influențează comportarea la tratament termic, reduce rezistența la cald și rezistența la fluaj. Magneziul mărește rezistența mecanică și duritatea, influentează comportarea la tratament termic.
Aliajele din sistemul Al-Cu-Mg sunt formate din solutie solidă și compușii: CuAl2, CuMgAl2, CuMg4Al6. Compușii intermetalici prezenți în structură influențează asupra comportării la tratamente termice, influența lor manifestându-se în funcție de mărimea 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 și 4:1 fazele durificatoare sunt CuAl2 și CuMgAl2, în aliajele la care raportul este cuprins între 4:1 si 1,5:1 faza durificatoare este CuMgAl2 și în aliajele pentru care raportul este sub 1,5:1 durificarea se face prin participarea compusului CuMg4Al6. Aliajele Al-Cu-Mg după îmbătrânirea naturală au o rezistență mecanică ridicată, asociată cu o plasticitate bună comparabilă cu plasticitatea obținută la recoacere. Comportarea la tratamente termice și caracteristicile mecanice ale aliajelor Al-Cu-Mg este puternic imfluențată de prezența impurităților sau elementelor de aliere astfel: manganul mărește rezistența mecanică dar la conținuturi mai mari de 1% micșorează mult plasticitatea, siliciul mărește rezistența mecanică și îmbunătățește comportarea la îmbătrânirea artificială, nichelul mărește refractaritatea, fierul la conținuturi mai mari de 0,5 micșorează rezistența mecanică.
Aliajele Al-Cu-Ni sunt aliaje cu rezistență mecanică mare atât la temperaturi joase cât și la temperaturi ridicate. În aliajele de tip Y durificarea la îmbătrânire se datorează compușilor ternari (CuNi)2Al3 și Cu4NiAl7, fiind posibilă și prezența unui compus cuaternar ce conține în plus Mg.
O altă categorie de aliaje deformabile durificabile prin precipitare o constitue aliajele Al-Mg-Si. Structura aliajelor din acest sistem este relativ simplă, fiind alcătuită din soluție solidă α și compus Mg2Si.
Aliajele Al-Mg-Si sunt utilizate în industria constructoare de mașini datorită caracteristicilor de rezistență mecanică ridicate, rezistenței la coroziune bune, prelucrabilității prin aschiere și sudabilității 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 și aliajele din sistemul Al-Zn-Mg, aliaje caracterizate prin rezistență mare la coroziune. Aceste aliaje conțin 2-8% Zn, la care se mai adaugă Cu, Fe, Si, Cr, Mn, Ti, Ag.
Aliajele din acest sistem se împart în:
- Aliaje de înaltă rezistență, pentru care suma Zn+Mg+Cu>10%;
- Aliaje de medie rezistență, cu suma Zn+Mg+Cu=7-9%;
- Aliaje cu rezistență scăzută pentru care suma respectivă este mai mică de 6%.
