Hliník a jeho slitiny

Podobné dokumenty
Nauka o materiálu. Přednáška č.11 Neželezné kovy a jejich slitiny

HLINÍK A JEHO SLITINY

HLINÍK. Lehké neželezné kovy a jejich slitiny

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Neželezné kovy a jejich slitiny. Al, Cu, Ti, Mg, Ni, Mo, Sn, Pb a jejich slitiny

ROZDĚLENÍ, VLASTNOSTI A POUŽITÍ MATERIÁLŮ

Hliník a slitiny hliníku

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

05 Technické materiály - litina, neželezné kovy

- zabývá se pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury (slohu) kovů a slitin

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

Hliník a jeho slitiny Konstrukce z hliníku

ALUPLUS 1. MS tyče kruhové MS tyče čtvercové MS tyče šestihranné... 15

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

ŽELEZO A JEHO SLITINY

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

OCELI A LITINY. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

1 NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

Konstrukční, nástrojové

LITÍ POD TLAKEM. Slévárenství

TÜV NOPRD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny Seznam akreditovaných zkoušek včetně aktualizovaných norem LPP 1 (ČSN EN 10351) LPP 2 (ČSN EN 14242)

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

SLITINY NEŽELEZNÝCH KOVŮ A JEJICH VYUŽITÍ V PRAXI NON-FERROUS ALLOYS AND THEIR USE IN PRACTISE

Vývoj použití materiálů v automobilovém průmyslu

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fe Fe 3 C. Metastabilní soustava

Precipitace. Změna rozpustnosti je základním předpokladem pro precipitační proces

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

42 X X X X. X X Hutní skupina. Pořadové číslo slitiny Sudé tvářené Liché - slévárenské

TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/9, Brno

Vlastnosti technických materiálů

Krystalizace ocelí a litin

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

CZ.1.07/1.5.00/

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL. Název školy SOUpotravinářské, Jílové u Prahy, Šenflukova 220 Název materiálu INOVACE_32_ZPV-CH 1/04/02/18

Jedna z nejdůležitějších a nejprodávanějších skupin materiálů (třetí v pořadí za skupinou železo/oceli a hliník/slitiny).

FYZIKÁLNA PODSTATA A MECHANIZMUS PLASTICKEJ DEFORMÁCIE

Kovy a kovové výrobky pro stavebnictví

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

42 28XX nízko středně legované oceli na odlitky odlévané jiným způsobem než do pískových forem 42 29XX vysoko legované oceli na odlitky

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.12 1.část: Neželezné kovy a jejich slitiny

1. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Gymnázium Chomutov, Mostecká 3000, příspěvková organizace Mgr. Monika ŠLÉGLOVÁ VY_32_INOVACE_06B_05_Vlastnosti kovů, hliník_test ANOTACE

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

MĚĎ A JEJÍ SLITINY. Neželezné kovy a jejich slitiny

Diagram Fe N a nitridy

Trvanlivost,obrobitelnost,opotřebení břitu

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Výroba surového železa, výroba ocelí, výroba litin

Klasifikace a značení podle mezinárodní normy ISO 17672

PŘÍDAVNÉ MATERIÁLY PRO LEHKÉ KOVY SVAŘOVÁNÍ A PÁJENÍ HLINÍKU A JEHO SLITIN SVAŘOVÁNÍ HOŘČÍKU, SVAŘOVÁNÍ TITANU

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

SVÚM a.s. Zkušební laboratoř vlastností materiálů Tovární 2053, Čelákovice

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Nové letecké materiály

Fázové diagramy a krystalizace slitin

Výroba surového železa, oceli, litiny

Druhy ocelí, legující prvky

OK AUTROD 1070 (OK AUTROD 18.01)

MMC kompozity s kovovou matricí

Koroze kovových materiálů. Kovy, mechanismy koroze, ochrana před korozí

CZ.1.07/1.5.00/ Digitální učební materiály III/ 2- Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Zvyšování kvality výuky technických oborů

TEORIE TVÁŘENÍ. Lisování

Superslitiny (Superalloys)

NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

SEZNAM TÉMAT K ÚSTNÍ PROFILOVÉ ZKOUŠCE Z TECHNOLOGIE

V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ N E Ž E L E Z N É K O V Y _ P W P A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A

Triely. Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Zlín

NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

Elektrochemie. Koroze kovových materiálů. Kovy. Kovy. Kovy. Kovy, mechanismy koroze, ochrana před korozí 1. Kovy Polokovy Nekovy

PŘÍPOJNICE PRO VYSOKONAPĚŤOVÉ STANICE

PŘÍPRAVA NADEUTEKTICKÝCH SLITIN HLINÍKU S VYUŽITÍM OBĚTOVATELNÝCH POVLAKŮ FORMATION OF HYPEREUTECTIC ALUMINIUM ALLOYS USING SACRIFICIAL COATINGS

VYSOCEPEVNÉ HLINÍKOVÉ SLITINY SE ZLEPŠENÝMI SLÉVÁRENSKÝMI VLASTNOSTMI

Technologie I. Část svařování. Kontakt : michal.vslib@seznam.cz Kancelář : budova E, 2. patro, laboratoře

Geochemie endogenních procesů 1. část

LITINY. Slitiny železa na odlitky

Anotace. Klíčová slova Hliník, slitina hliníku, norma, analýza. Annotation

Metodický postup stanovení kovů v půdách volných hracích ploch metodou RTG.

Nikl a jeho slitiny. Ing. David Hrstka, Ph.D. -IWE

Metalurgie vysokopevn ch ocelí

Strukturní charakteristiky hořčíkové slitiny AZ91. Structure of Magnesium Alloy AZ91.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Elektrotermické procesy

J. Kubíček FSI Brno 2018

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 02: Vlastnosti materiálu I (vlastnosti fyzikální a chemické)

Co je to korozivzdorná ocel? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

t-tloušťka materiálu te [mm] C Ce 25 < 0,2 < 0,45 37 < 0,2 < 0,41

NTI/USM Úvod do studia materiálů Ocel a slitiny železa

Kovové povlaky. Kovové povlaky. Z hlediska funkce. V el. vodivém prostředí. velmi ušlechtilé méně ušlechtile (vzhledem k železu) tloušťka pórovitost

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Galvanické články TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Transkript:

Hliník a jeho slitiny příprava (tavení, lití, prášková metalurgie, legování), tepelné zpracování, tepelně-mechanické zpracování svařitelnost, obrobitelnost fyzikálně-mechanické a strukturní vlastnosti označování tříd podle norem aplikace Perspektivy Využití hliníku v automobilovém průmyslu hraje stále větší úlohu především z důvodu hledání odlehčených materiálů a snahy snížit emise CO 2. S rostoucím požadavkem na zastoupení Al slitin v automobilovém průmyslu roste v posledních letech i zájem vědy a výzkumu o tyto slitiny. Důvody v roce 2005 bylo do automobilů zakomponováno 2milióny tun součástí z hliníku: Síly odporu Snížení hmotnosti osobních aut v průměru o 100 kg vede k úspoře: 0,35 litrů paliva na 100 km 9 gramů CO 2 na km na výfuku 1

Příznivý dopad snížení hmotnosti Okamžitý Brždění Zrychlení Ovládání vozidla Sekundární Zmenšení součástí vozidla (brzdný systém, nádrž na palivo, ). Základní fyzikální vlastnosti Al Relativní atomová hmotnost 26,98 Struktura KPC Mřížková konstanta 0,40412 nm Hustota 2,7.10 3 kg/m 3 Teplota tavení 660 C Skupenské teplo tání 396,1 kj/kg Elektrický odpor 0,027-0,029 Wmm 2 /m Smrštění lineární, objemové 1,75 ; 6 % Nemagnetický Srovnání vlastností Al s ocelí, Cu a Mg Veličina Prvek Hliník Ocel Měď Hořčík Relativní atomová hmotnost 26,98-63,55 24,31 Struktura KPC KSC,KPC KPC HTU Hustota x 10 3 (kg/m 3 ) 2,7 7,85 8,96 1,74 Teplota tavení ( C) 660 cca1500 1083 650 Rezistivita (W/m) 27-29 200 17,5 47 Smrštění (%) lineární objemové 1,75 4-8 1,2-2,5 3-10 1-2 3-6 0,5-1,5 5-7 Měrná tepelná kapacita (J/(kg.K) ) 896 469 380 1020 Tepelná vodivost ( W/(m.K) ) 229 73 386 156 2

Náhrada za oceli Hustota Al - 1/3 hustoty oceli snížení hmotnosti avšak musí být zachovány požadované vlastnosti součásti nutné zvýšit tloušťku Ocelové konstrukční aplikace 0,8 mm nahrazeny díly s tloušťkou 1,2 mm (vypočtený poměr pro náhradu: ρ(oceli) 1,5 ρ(al) přesto 50% redukce hmotnosti!! Úspora hmotnosti při použití vysoce pevných ocelí s vysokým poměrem k Požadavky na plechy karosérií 3

Metody výroby hliníku Výchozí surovina - oxid hlinitý Al 2 O 3 (hlavním meziprodukt při výrobě Al) 2 hlavní stádia výroby kovového hliníku: extrakce, čištění a dehydratace bauxitu a výroba Al 2 O 3 amfoterní charakter Al 2 O 3 způsob výroby zásaditý kyselý elektrolýza Al 2 O 3 rozpuštěného v roztaveném kryolitu Na 3 [AlF 6 ] nebo karbotermická redukce Al 2 O 3 další etapa: rafinace hliníku vyrobeného elektrolýzou Elektrolyzér: a) schéma součástí pece b) řazení anod v peci 4

Elektrolýza Katodová reakce: -přenos náboje na rozhraní katody a hexafluorohlinitanového iontu za vzniku Al a F, který neutralizuje náboj přicházejícího Na + : 6Na + + AlF 6 3 + 3 e 6 NaF + Al zjednodušeně: Al 3+ + 3 e Al Anodová reakce: - zjednodušeně představuje dále reaguje C+2O 2 CO 2(g) + 4e CO 2 (g) + C 2CO avšak primárním produktem na anodě pouze CO 2 protože : kyslík se elektrochemicky redukuje rychleji než odpovídá tvorbě CO, připojení 2 O na C - + energii nadpětí Kyslík je ale přítomen ve formě komplexních aniontů Al-O-F a procesy jsou tedy složitější, lze je psát např. ve tvaru: Al 2 OF 6 2 + C C x O abs + 2e Po této reakce proběhne desorpce: Al 2 O 2 F 4 2 + C x O abs CO 2 + Al 2 OF 4 + 2e 3 Al 2 OF 4 AlF 3 + Al 2 O 3 Karbotermická redukce 5

Technologie zpracování hliníku vysvětlivky casting- odlévání, scalping- odstranění kůry ingotu, preheating- ohřev, hot rolling-válcování za tepla, cold rolling- válcování za studena, continuous heat treatment-kontinuální tepelné zpracování, cut to length-řezání na délku 6

Cena Al a slitin Al na světových trzích Al 2000 1.64 2001 1.52 2002 1.43 2003 1.50 2004 1.85 LME Cash Prices, 28/2/2008 Aluminum Prices Chart : Stř.h.: 3046 $/t = 3,046 $/kg Aluminium alloy Prices : Stř.h.: 2710 $/t = 2,710 $/kg 11/2/2013 Aluminum Prices Chart : Stř.h.: 2068 $/t = 2,068 $/kg Aluminium alloy Prices : Stř.h.: 1830 $/t = 1,830 $/kg 7 2009-13 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Aplikace Al plechy a pásy, flexibilní obaly na bázi Al, fólie pro izolace a jiné technické aplikace, fólie pro čokoládovny, alobal, mechanický finstock aj. slitiny Vliv jednotlivých přísad na vlastnosti hliníku Cu - zvyšuje pevnost a tvrdost slitiny, zhoršuje tvárnost, působí nepříznivě na korozivzdornost slitiny ke tváření max.6 % Cu, slévarenské slit.- max. 12 % Cu Mg - zlepšuje většinou podmínky pro TZ, zlepšuje odolnost proti korozi, slitiny pro tváření max.8 % Mg, slévarenské slit.- max. 11 % Mg Mn - zlepšuje pevnost, tvárnost a korozivzdornost, u slitin určených k vytvrzení-zjemňuje zrno a brání jeho hrubnutí při ohřevu při větší koncentraci-zvyšuje křehkost a zhoršuje slévatelnost (více smršťují) Zn - výborná pevnost, menší houževnatost, menší korozivzdornost, malá tvárnost za pokojové teploty se zvyšuje při vyšších teplotách Li - zvyšuje modul elasticity, snižuje hustotu (výhoda pro aplikace v letectví, nevýhoda- obtíže při výrobě, vysoká cena) Pb,Bi zlepšují obrobitelnost Fe - stálá příměs hliníku, slitiny ke tváření do 0,5 % Fe (1,6 % ve zvláštních případech); slévarenské slitiny - přidává se do 1% Fe zlepšuje slévatelnost Si - stálá příměs hliníku, zvyšuje otěruvzdornost, slévárenské slitiny - přidává se do 13-25 % Si, zvyšuje slévatelnost a zabíhavost, úprava taveniny očkováním. Ni - zvyšuje mechanické vlastnosti za normální i vyšší teploty, zlepšuje korozivzdornost u některých slitin Fe, Ni, Ti, Mn, Cr : - vznik intermetalických fází a zvýšení pevnosti a tvrdosti - zpevnění sekundární fází - vylučuje se většinou po hranicích zrn a v mezidendritickém prostoru během solidifikace Cr, Co, W, Ti, V, Ce, : - působí na zjemnění krystalizace 8

Vliv vybraných přísad na vlastnosti hliníku Legování: zpevnění tuhým roztokem do 1,25% Mn nebo 3,5% Mg, precipitační zpevnění do 4,5% Cu, 7% Zn nebo (3% Mg + 1% Si), zjemnění zrna do 0,5% Cr, Sc slévárenské slitiny do 17% Si, 7% Cu, 10% Mg. Rozdělení slitin podle mikrostruktury a zpracování Slitiny určené ke tváření : za vyšších teplot - tvořeny homogenním tuhým roztokem (substituční tuhý roztok a), který je pevnější a tvrdší než čistý Al, za nižších teplot - následkem změny rozpustnosti precipitace další fáze Slitiny určené ke slévání větší obsah přísad Þ heterogenita Þ eutektikum s rostoucím množstvím eutektika klesá jejich tvárnost, ale roste zabíhavost; kromě slitin eutektických mají jen 15-20 obj.% eutektika Slitiny vyrobené práškovou metalurgií (SAP) struktura tvořena Al nebo Al slitinou a Al 2 O 3 (6-22%), zvýšená pevnost, vysoká korozivzdornost, žárupevnost (do 500 C) Kompozity struktura tvořena Al nebo Al slitinou a Al 2 O 3, SiC částicemi, způsoby přípravy P/M, tlakové lití, 9

Rozdělení slitin podle mikrostruktury a zpracování Rozdělení hliníkových slitin 1 slévárenské slitiny 2 slitiny určené k tváření 3 precipitačně vytvrditelné slitiny 4 precipitačně nevytvrditelné slitiny Rozdělení slitin podle složení a obsahu legur v praxi : slitiny hliníku = slitiny komplexní odlišnost a komplikovanost struktur jednotlivých slitin - lze je však odvodit z několika základních binárních nebo ternárních slitin : Al-Cu, Al-Mg, Al-Mn, Al-Si, Al-Zn; Al-Cu-Mg, Al-Cu-Si, Al-Cu-Ni, Al-Cu-Zn, Al-Mg-Si, Al-Mg-Mn, Al-Zn-Mg, 10

Rozdělení slitin podle složení a obsahu legur 1. s vysoce rozpustnými příměsemi ( > 10 at.%): Zn, Ag, Mg, Li 2. se středně rozpustnými příměsemi (>1 a < 10 at. %): Mn, Ga, Ge, Cu, Si 3. s nízko rozpustnými příměsemi (< 1 at.%): Fe, Sc, aj 11

Rozdělení slitin podle složení a obsahu legur Rozpustnost legujícího prvku v matrici s poklesem teploty klesá 1. příměsi podporující eutektickou reakci: Au, Ba, Be, Ca, Co, Cu, Fe, Ga, Ge, Mn, Ni, Sb, Si, Sn, Zn 2. příměsi podporující peritektickou reakci : Cr, Hf, Mo, Nb, Ta, Ti, V, W, Zr 3. příměsi podporující monotektickou reakci : Bi, Cd, In, Na, Pb, Tl 12

Částice v mikrostruktuře Al slitin obecná charakteristika Intermetalické sloučeniny, které vznikají při solidifikaci a zůstávají prakticky nerozpustné během TMZ: Intermetalické sloučeniny, které vznikají při solidifikaci a mohou být rozpuštěny během TMZ: Intermetalické sloučeniny, které vznikají při prvním TZ nebo TMZ z přesyceného t.r. vzniklého po solidifikaci. Disperzoidy po vzniku jsou nerozpustné: Precipitáty vzniklé během precip. vytvrzení při nízkých T - mohou být snadno rozpuštěny a precipitovány při TZ: Nežádoucí nekovové inkluze: A různé Guinier Prestonovy zóny a metastabilní precipitáty 13

2009/10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny neželezných kovů v automobilovém průmyslu 14

Částice v mikrostruktuře Al slitin - problematické Částice v mikrostruktuře Al slitin žádoucí - v tomto případě TZ působí na zpevnění 15

Tvařitelnost Al slitin!! legury a přítomnost částic ovlivňují tvařitelnost lisování, kování 16

Slitiny pro plechy v AP - použití v minulosti, dosud a v budoucnosti Slitiny pro plechy v AP - chemické složení pro plechy karosérií Slitiny pro plechy v AP - tahové vlastnosti a tvařitelnost plechy karosérií 17