Rodzaje odlewniczych stopów aluminium.
Stopy aluminium dzielimy na stopy odlewnicze i do obróbki plastycznej.
I. Odlewnicze stopy aluminium
Głównymi składnikami odlewniczych stopów aluminium są: krzem, miedź, magnez, a ponadto w niektórych stopach występują jeszcze mangan, nikiel i tytan. Największe zastosowanie mają stopy aluminiowe o dużej zawartości krzemu. Zawartość krzemu w odlewniczych stopach aluminium wynosi 0,8÷23% Si. Stop AlSi21CuNi, znany również pod nazwą 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 tłoków silników spalinowych. Jest odlewany w zasadzie pod ciśnieniem.
Stopy aluminium zawierające 10÷13% krzemu noszą nazwę siluminów. Typowymi siluminami są stopy AlSi11 i AlSi3Mg1CuNi. Pierwszy z nich zawiera 10÷13% Si i stosuje się go na odlewy części o skomplikowanych kształtach, średnio obciążone, pracujące w podwyższonych temperaturach i odporne na korozję nawet w wodzie morskiej. Ma dobre własności wytrzymałościowe i dobrą 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 tłoków silników spalinowych.
Stopy aluminium z miedzią mają dobre własności odlewnicze i odporność na korozję, ale wykazują skłonność do pęknięć na gorąco. Stop AlCu4 zawiera 4 +5% Cu i jest stosowany na galanterię stołową i odlewy wymagające dobrej lejności i plastyczności. 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 średnio i wysoko obciążone odlewy dla przemysłu maszynowego. Stopy aluminium z magnezem, jak AlMg10 i AlMgSi1, są stosowane na odlewy o wysokiej odporności na korozję.
II. Stopy aluminium do obróbki plastycznej
Stopy te mają procentowo mniejszą zawartość dodatków stopowych niż stopy odlewnicze aluminium. Jest to podyktowane tym, że duże ilości dodatków stopowych pogarszają własności plastyczne stopu. Głównymi składnikami stopów aluminium do obróbki plastycznej są: magnez, miedź, mangan, krzem i w mniejszym stopniu także nikiel, żelazo, cynk, chrom i tytan.
Stopy aluminium z magnezem odznaczają się dobrą odpornością na korozję i działanie wody morskiej. Stop AlMg1 zawierający 0,74÷1,2% Mg nadaje się do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco; jest szczególnie podatny do głębokiego tłoczenia i spawania. Jest stosowany na części kute w matrycach i tłoczone, na części urządzeń w przemysłach 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 gorąco. Jako stop odporny na korozję nadaje się na obciążone konstrukcje okrętowe i przemysłu chemicznego.
Stop ten oraz stopy AlMg2 i AlMg5 są nazywane hydronalium. Do wytwarzania średnio obciążonych elementów konstrukcji lotniczych, pojazdów samochodowych, części głęboko tłoczonych i części o złożonych kształtach kutych w matrycach stosuje się stopy avial – AlMg1SiCu i AlMg1Si.
Stopy aluminium z miedzią i magnezem oraz częściowo również z manganem i krzemem charakteryzują się dużym oporem plastycznym przy obróbce na zimno i na gorąco. Stopy te są przede wszystkim używane na konstrukcje lotnicze. Duże zastosowanie przemysłowe znalazły stopy wieloskładnikowe, 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 korozję i po utwardzeniu w wyniku obróbki cieplnej uzyskuje znaczną wytrzymałość (29÷440 MPa).
Na części pracujące w wysokich temperaturach do 300°C, szczególnie w konstrukcjach lotniczych, stosuje się stopy z dodatkiem żelaza i niklu, tj. AlCu2Mg2NiSi i AlCu2Mg2Ni1. Nadają się do obróbki plastycznej na gorąco, a szczególnie do kucia w matrycach. Stopy z dodatkiem cynku – AlZn6Mg2Cu i AlZn5Mg1 – są stosowane na bardzo obciążone elementy różnych konstrukcji, zwłaszcza lotniczych.
Według PN-EN 573-3:2005 wytwarza się 17 gatunków aluminium o różnym stopniu czystości od 99,0 do 99,99% Al. Oznaczenie składa się z ciągu liter oraz liczby określającej zawartość aluminium w %, a niekiedy dodaje się na końcu symbol chemiczny pier-wiastka stanowiącego główną domieszkę, 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), stanowiącego wyróżnioną domieszkę. Gatunki aluminium stosowanych w przemyśle elektrotechnicznym są dodatkowo oznaczane literą E, np. EN AW-EA199,7.
Rozróżnia się stopy aluminium do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3:2005) i odlewnicze (PN-EN 1706:2001). Nazywa sieje stopami lekkimi. Najczęściej głównymi składnikami stopowymi są: miedź, krzem, magnez, mangan i cynk. Podobnie do stali, stopy Al oznacza się symbolami i cyframi.
Norma PN-EN 573-1:2006 dotyczy aluminium i jego stopów w zakresie: składu chemicznego, rodzaju wyrobów przerabianych plastycznie oraz czterocyfrowego systemu oznaczeń numerycznych XXXX. Pierwsza cyfra może oznaczać aluminium niestopowe lub określoną grupę stopów aluminium, którą charakteryzuje główny pierwiastek stopowy (o największej zawartości procentowej). Grupy stopów określone pierwszą cyfrą są następujące:
- 1xxx – aluminium niestopowe, zawierające 99,0% Al i więcej – grupa 1000.
Pozostałe grupy stopów zawierają następujące główne składniki 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 są używane – grupa stopów 9000 (zastosowanie w przyszłości).
Druga cyfra w oznaczeniu xXxx wskazuje na modyfikacje aluminium. Wartość 0 oznacza brak modyfikacji, natomiast cyfry od 1 do 9 oznaczają modyfikację aluminium wg ograniczeń średniej arytmetycznej zawartości składników stopowych w czystym aluminium. Ostatnie dwie cyfry xxXX w grupie 1000 oznaczają zawartość procentową czystego aluminium. W pozostałych grupach nie mają specjalnego znaczenia, lecz tylko identyfikują różne stopy aluminium w danych grupach.
Norma PN-EN 573-3:2005 zawiera system oznaczeń aluminium i jego stopów na podstawie symboli chemicznych. Przykłady oznaczeń aluminium niestopowego: EN AW-1199 [Al 99,99], EN AW-1070 [Al 99,7], EN AW-1100 [Al 0Cu] (zawiera niewielki doda-tek Cu). Przykłady 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 się pominięcie 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). Skład procentowy podstawowych składników stopowych wyraża średnią zawartość przedziału, zaokrągloną do najbliższej liczby całkowitej lub 5/10, a przy zawartości < 1% do 1/10%. Dla kilku dodatków stopowych ich symbole umieszcza się w ko-lejności zmniejszającej się zawartości pierwiastków.
Norma PN-EN 1706:2001 podaje oznaczenia procesów obróbki cieplnej produktów. Są one następujące:
- 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 mają swoje odpowiedniki w normach PN-EN, choć liczba różnych gatunków stopów aluminium ujętych w nich jest bardzo duża.