Metalurgia aluminiului. Metalurgia cuprului. Metalurgia magneziului

Metalurgia aluminiului

Dintre metalele neferoase aluminiul ocupa primul loc in productia mondiala de metale neferoase si al doilea loc dupa fier. Aluminiul are densitate mica r 2,7 g/cm³ in raport cu fierul (r 7,8 g/cm³) si temperatura joasa de topire (T_Al C) in raport cu fierul (T_Fe C), ceea ce aduce avantaje mari in utilizarea aluminiului si a aliajelor sale. Dupa modul de obtinere aluminiul poate fi aluminiu de puritate tehnica; aluminiu de inalta puritate; aluminiu extrapur. Aluminiul de puritate tehnica contine 0,15.1 impuritati.

Sunt standardizate 8 marci de aluminiu primar (Al 99,8 , Al 99,7%,.., Al 99,3%, AlE- aluminiiu pentru electrotehnica). Aluminiul primar este folosit dupa prelucrare prin deformare plastica la cald sau la rece sau turnat. Este folosit la obtinerea pulberilor de aluminiu si a diferitelor aliaje pe baza de aluminiu. Aluminiul de inalta puritate (0,005.0,05 ) si este folosit la fabricarea aparaturii speciale. Aluminiul extrapur are cel mult 0,001% impuritati si se foloseste in tehnica nucleara, in tehnica semiconductoarelor, in cercetarea stiintifica.     

Aluminiul se caracterizeaza prin conductivitate termica si electrica mari, rezistenta buna la coroziune, plasticitate mare, dar rezistenta mica la rupere. Aluminiul de mare puritate laminat si recopt are R_m=6 daN/mm², Z=85%, A=40%, HB=25; are retea cubica cu fete centrate. Din cauza rezistentei scazute se foloseste mai ales sub forma de aliaje.

Aluminiul se realizeaza in practica in 3 domenii: obtinerea de folii metalice subtiri (datorita plasticitatii mari se poate prelucra bine) ca material pentru conductoare.

Impuritati in aluminiu

Impuritatile obisnuite si de neinlaturat la fabricarea aluminiului prin tehnologia actuala sunt fierul si siliciul.

Aliaje pe baza de aluminiu

Pentru a mari rezistenta la rupere, limita de curgere si duritatea aluminiului, se aliaza cu diferite elemente (Cu, Si, Mg si mai rar cu Mn, Ni, Fe, Cr, Zn). Alierea conduce la scaderea conductibilitatii electrice si a ductilitatii.

Clasificarea aliajelor pe baza de aluminiu

Aliajele pe baza de aluminiu se clasifica dupa doua criterii: dupa natura si numarul elementelor de aliere: aliaje binare (Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Zn etc.); aliaje ternare (Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg etc.) si aliaje complexe (Al-Cu-Mg-Mn-duraluminiu). Dupa tehnologia de fabricatie, aliajele pe baza de aluminiu se impart in doua grupe: aliaje deformabile si aliaje turnate in piesa.

Metalurgia cuprului

Cuprul este al doilea metal dupa aur, descoperit in ordine cronologica, avand cea mai larga utilizare in lumea antica. Numele sau deriva de la vechea denumire data de romani acestui metal (cuprum) si este legat de insula Cipru (aes ciprium),bogata in zacaminte de cupru, de unde a fost adus in Europa.

Cuprul are o larga utilizare datorita conductibilitatii termice si electrice ridicate si rezistentei bune la coroziune. Productia mondiala de cupru a crescut de la 2,27 mil. t in 1955 la 4,5 mil. t in 1960, la 7,5 mil. t in 1970 si la 13,1 mil. t in 1980. consumul de cupru pentru anul 2000 este de 23 mil. t .

Cuprul are densitatea r 8,9 g/dm³ la 20 C, conductibilitate electrica ridicata (al doilea dupa argint). Se deformeaza bine la rece si la cald. Se topeste la 1084 C. Are retea cubica cu fete centrate, are rezistenta mica Rm=20.25 daN/mm². Este foarte plastic. Dupa deformare la rece si recoacere are A

Dupa modul de obtinere cuprul poate fi: cupru brut de convetizor; cupru electrolitic; cupru tehnic pur in scopuri electrotehnice; cupru de inalta puritate chimica sau spectrala obtinuta prin topire zonala sau atmosfera de azot.

Impuritatile in cupru

Au o mare influenta asupra proprietatilor, respectiv asupra comportarii la prelucrarile ulterioare. Impuritatile se impart in: impuritati solubile in cupru solid (Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag etc.) care dau solutii solide, maresc rezistenta, duritatea, scad conductibilitatea termica si electrica; impuritati insolubile in cupru solid (Bi, Pb) care formeaza eutectice la 99,94% Pb si 99,8%Bi si care se dispun la limita grauntilor si provoaca fragilitate, impuritatile      care dau compusi duri(S,O₂ ,P) Cu₂O, Cu₂S.

Utilizarile cuprului

Cuprul se foloseste foarte mult la fabricarea conductoarelor electrice si la schimbatoare de caldura. In constructia de masini este putin folosit ca atare, din cauza rezistentei si a rezistentei sale mici. Sunt mult folosite urmatoarele aliaje pe baza de cupru: aliajele Cu-Al, Cu-Si, Cu-Pb, Cu-Be etc.

Aliajele Cu-Zn (ALAMELE)

Se utilizeaza datorita caracteristicilor mecanice ridicate si costului mai scazut decat al cuprului. Dupa numarul elementelor de aliere sunt: alame simple si alame complexe (aliate cu Al, Sn, Mn, Ni, Pb) iar dupa numarul fazelor: alame monofazice a, alame monofazice b, alame bifazice (a b). Dupa tehnologia de fabricatie se impart in alame deformabile si alame turnate in piese.

Aliajele cupru-staniu (bronzuri cu staniu)

Sunt larg folosite pentru rezistenta lor buna la coroziune si uzura. Transformarile care se produc la solidificarea si racirea lor se explica cu ajutorul diagramei de echilibru Cu-Sn, alcatuita din mai multe diagrame cu transformare peritectica.

Structura bronzurilor cu staniu. Pana la 5% Sn structura este alcatuita dupa turnare din solutie solida a neomogena, segregatie dendritica, iar dupa deformare la rece si recoacere, solutie solida a cu graunti maclati. La peste Sn in structura este si eutectoidul a g punctiform.

Utilizarea bronzului cu staniu. Cele cu 6.7% Sn se deformeaza bine. Cele cu 8.10% se folosesc ca aliaje antifrictiune, bronzurile fosforoase se folosesc la cuzineti si angrenaje si in constructii navale, avand rezistenta buna la coroziune si in apa de mare. Cele cu Sn se folosesc pentru cuzineti.

Metalurgia magneziului

Magneziul are cea mai mica densitate (1,75 g/cm³) dintre toate metalele utilizate in constructia de masini, dar rezistenta si plasticitatea lor sunt reduse. In consecinta se utilizeaza exclusiv sub forma de aliaje (ultrausoare - g < 2g/cm²) pentru turnatorie sau deformabile (laminabile), care insa, in general, sunt intrucatva inferioare celor de Al, atat in ceea ce priveste rezistenta mecanica, cat si comportarea la coroziune.

Cele mai importante elemente de aliere ale magneziului sunt: Al ), Zn (0,5-3 ), Mn (pana la 1,5 ), primul imbunatatind turnabilitatea, iar ultimul indeosebi rezistenta la coroziune. Continuturi mai ridicate de Al (7-10 ) conduc la obtinerea de eutectic, imbunatatind astfel turnabilitatea.

Aliajele de Mg turnate sunt utilizate pe scara larga in constructii aeronavale (elice, trenuri de aterizare), pentru alte constructii foarte usoare, corpuri de pompe, cartere, aparate foto-optice si de birou etc.

Aliajele Mg-Al-Cu, cu 8% < (Al+Cu) <12%, au buna conductivitate termica, fiind indicate pentru confectionarea pistoanelor motoarelor cu ardere interna.

Aliajele Mg-Al-Zn (denumite electron) atat turnabile, cat si deformabile la cald (laminabile, forjabile si mai ales extrudabile), se caracterizeaza prin proprietati mecanice ridicate si indeosebi buna rezistenta la soc (rezilienta ridicata), unele dintre aliaje putand fi tratate termic.

In urma tratamentului termic de durificare prin precipitare aliajele - indeosebi cele de turnatorie - isi majoreaza substantial rezistenta mecanica si plasticitatea la cald. Cele deformabile au, in stare extrudata, R_m=30.35 daN/mm², A

Aliajele laminabile Mg-Mn (cu 1,3-2,5% Mn) posedand anticorozivitate si sudabilitate buna sunt recomandate indeosebi pentru rezervoare, recipiente rezistente la coroziune.

Prelucrabilitatea aliajelor de Mg prin deformare plastica la rece este scazuta. Aschiabilitatea acestor aliaje este mai buna decat a oricaror altora utilizate in constructia de masini. Sudabilitatea aliajelor de Mg este satisfacatoare (de obicei in mediu de gaz protector).