Turnarea continuă a sârmelor, barelor profilate și table din aluminiu și aliaje pe bază de aluminiu

Structura aliajelor cu bază de aluminiu pentru turnare

Caracteristicile mecanice ale aluminiului pur sunt relativ mici. Cu cât aluminiul este mai pur, cu atat structura prezint cristale mai mari. Componenţii de aliere, respectiv impurităţile, provoacă micşorarea cristalelor de aluminiu crescând caracteristicile mecanice, în funcţie de cantitatea şi de felul componentului adăugat. Elementele care formează soluţii solide cu aluminiul într-un domeniu mai mare (cupru, zinc, magneziu) provoacă o creştere rapida a caracteristicilor mecanice. Elementele care formează cu aluminiul soluţii solide într-un domeni mic de compoziţie chimică (siliciu), au o influenţă mai mica asupra caracteristicilor mecanice. Elementele care în stare solidă nu se dizolvă în aluminiu sau se dizolvă într-un procent neânsemnat (fier, magneziu, titan), îmbunatăţesc foarte puţin caracteristicile mecanice, îmbunătăţirea în unele cazuri a caracteristicilor necesare ale aluminiului se datoreaza micşorarii grăunţilor, cauzată de formarea unor nuclee potrivite de cristalizare.

Structura aliajelor Al—Si

Aliajele Al—Si pentru turnare sunt numite siluminuri. Aceste denumiri, iniţial s-au referit numai la aliajele eutectice, pe urmă au fost extinse la aliajele bipoeutectice şi hipereutectice. Sistemul binar Al—Si este cu eutectic şi soluţii solide limitrofe.

Deşi solubilitatea in stare solidă a siliciului în aluminiu se modifică, prin tratamentul termic de îmbunătăţire (călire şi revenire) nu se realizează creşterea caracteristicilor mecanice. Abia adaosul de magneziu in aliaj care determină apariţia compusului Mg2Si permite o realizare eficace a tratamentului termic de imbunătaţire, deşi solubilitatea limita a Mg2Si in aluminiu este de abia 1,8°/o. Eutecticul Al—Si poate cristaliza, la o solidificare lentă, în trei variante diferite. Când amestecul eutectic (numit şi siliunin globular l) este obţinut prin topirea metalelor cu puritate normala; cristalele cenuşii de siliciu au forma unor lamele şi sunt incluse in mod neordonat în soluţia solidă. Acest fel de microstructura se numeşte eutectică normală. Daca aliajul eutectic se obţine prin topirea unor componente cu puritatea foarte mare, atunci se obţine o altă varianta a sistemului eutectic, numit silumln radial. In acest caz, cristalele apar sub forma de ace in faza a. Acest tip de structura apare uneori ca tranzitorie între eutecticul normal şi anormal. Se poate presupune că aspectul anormal al structurii eutectice apare datorită depaşirii conţinutului de fosfor din aliaj (conţinutul normal este de circa 0,00015—0,00018%). În cazul când conţinutul de fosfor din aliaj este mai mic de 0,00015—0,00018°/o se obţine structura radială care este mai apropiată de cea eutectică normală. Siluminul de acest tip are caracteristici mecanice mai mari decît aluminiul normal.

În limita siluminu-lui radial, poate apare o altă variantă de structură eutectică mimita silumin dendritic. În acest caz, siliciul se separă din eutectic împreună cu aluminiul, sub forma de dendrite. Forma acestor dendrite se aseamăna cu cristalele primare de siliciu din aliajele hipereutectice. Această structură este de asemenea o etapă intermediară între eutecticul anormal şi normal.

Eutecticul Al—Si anormal, avînd cristale man care determină obţinerea unor caracterîstici mecanice mici, a fost cauza aplicării limitate a aliajelor eutectice Al—Si, deşi fluiditatea lor este foarte bună pentru turnare. Abia în anul 1921 A. Pacz a constatat ca se poate obţine o structura cu cristale mici prin introducerea unei cantităţi mici de sodiu, chiar atunci când racirea se realizează încet (de exemplu, in forma din amestec de formare). Această structură este de fapt o fază trecătoare, similară cu structura eutectică normala. Datorită acestui procedeu, care s-a generaiizat sub denumirea de modificare, caracteristicile mecanice ale aliajului se îmbunătăţesc considerabil. După modificare, rezistenţa la întindere creşte până la s =25 kgf/mm2 şi alungirea pînă la d = 12°/o faţă de sr = 15 kgf/mm2 şi d = 3%, in stare nemodificată. Modificările de macrostructură în ruptură şi de microstructură pe probe lustruite şi atacate se evidenţiază în funcţie de vîteza de răcire. Deşi practica de modificare a aliajelor s-a răspîndit foarte mult, cu toate cercetările de lungă durată, nu s-a obţinut pînă în prezent o explicare completă a mecanismului acestui fenomen. Se ştie că modificarea are legătură cu subrăcirea mai mare sau mai mică a procesului de crisralizare a eutecticului. Valoarea acestci subrăciri nu este constantă, ci depinde de canti-tatea de sodiu din metalul lichîd şi de viteza de răcire.

Structura iniţială a eutectului influenţează, de asemenea, valoarea subrăcirii. Siluminul globular poate fi subracit într-un grad maî mic decît siluminul radial. Ca efect, se poateobţine o structura îmbunătaţită a eutecticului de silumin radial, chiar numai printr-o răcire intensă. În cazul aluminiului globular această structura poate fi obţinută nuniai prin adăugare de sodiu. Structura modificată poate fi obţinută şi prin alte adaosuri, ca de exemplu, calciu, potasiu sau litiu. Totuşi, practica a dovedit că rezultatele cele mai bune se obţin cu sodiu.

Acest metal poate fi introdus în stare metalică sau sub formă de săruri, din care cea mai indicată este NaF. Cantitatea de sodiu introdus are o influenţa hotărâtoare şi produce o structură corectă, insuficient modificata sau hipermodificată. La această modificare, punctul eutectic se deplasează de la 11,7% pînă la 13% SI, temperatura de topire a eutectului coboara foarte puţin se micşorează fluiditatea şi creşre tendinţa de formare a microretasurilor de contracţie şi a suflurilor. La multe teorii asupra mecanismului de modificare a eutecticului aliajelor Al—Si, se deosebesc doua. concluzii. Pe de o parte, se constatâ că iprocesul de creştere a cristalelor este influenţat de o serie de factorl de aceeaşi împortanţă, ca : conţinutul de sodiu sau fosfor, vitez.a de răcire ; pe de alta parte, când creşterea cristalelor de siliciu

este îngreunata prin modificarea energiei superficiale şi a vitezei de difuziune (starea fi-

zico-chimică a cristalelor de siliciu), structura eutectica devine mai fină. Grupul partizanilor

teoriei nucleare afirmă că cristalele de siliciu se lormează foarte uşor cînd în metalul lichid exista nuclee adecvate de cristalizare.În acest cazul compusului AlP constituie un nucleiu si se formează atunci cînd in aliaj se află o mică cantitate de fosfor. Similitudinea cnstalogratica a acestui compus este cauza ca siliciul cristalizează foarte uşor în jurul lui.