Az alumínium és ötvözetei valamint hegeszthetőségük. Komócsin Mihály

Átírás

1 Az alumínium és ötvözetei valamint hegeszthetőségük Magyar Hegesztők Baráti Köre Budapest Komócsin Mihály 1

2 Alumínium termelés és felhasználás A földkéreg átlagos fémtartalma Annak ellenére, hogy az alumínium a földkéregben a leggyakrabban előforduló fém, mégis csak ötvened annyit használunk belőle, mint a vasból. Fém Átlagos koncentráció a földkéregben, tömeg % atom % alumínium 8,13 5,92 vas 5,61 1,76 magnézium 2,09 1,49 titán 0,74 0,28 mangán 0,10 0,03 króm 0,04 0,01 nikkel 0,008 0,003 cink 0,007 0,003 réz 0,006 0,002 2

3 Fémek felhasználása A fémek termelési adatai 2005-ben, kg/fő 3

4 Alumínium és az acél tulajdonságai Tulajdonság Mértékegység Al Kiskarbontartalmú ötvözetlen acél Korrózióálló, ausztenites Cr-Ni acél Kristályrács lapközepes köbös térközepes köbös lapközepes köbös Sűrűség [t/m 3 ] 2,7 7,80 ~ 7,88 Rugalmassági modulus [GPa] ~ 200 Hőtágulási együttható [1/K] ~ ~ Folyáshatár, R p0,2 [MPa] ~ 10 ~ 200 ~ 180 Szakítószilárdság, R m [MPa/] ~ 50 ~ 350 ~ 300 Fajhő [kj/t K] 890 ~ 460 ~ 490 Szakadási nyúlás % ~ 35 ~ 25 ~ 40 Olvadási hő [MJ/t] 390 ~ 272 ~ 270 Olvadáspont [ C] 660 ~ 1500 ~ 1450 Hővezető képesség [W/m K] 235 ~ 40 ~ 21 Elektromos vezető képesség [m/ω mm 2 ] 38 ~ 10 ~ 4 Korrózióállóság kiváló gyenge kiváló 4

5 Az alumínium termelés Az alumínium nagyipari termelésének feltételei azonban csak 1866-ban teremtődtek meg. Ekkor Franciaországban P-L. Héroult, és tőle függetlenül az Egyesült Államokban C. M. Hall szabadalmaztatta azt az eljárást, amely az olvadt kriolitban oldott alumínium-oxid elektrolízisén alapul, és ami az alumínium-kinyerés napjainkban is alkalmazott eljárásának az alapelve. Az osztrák F. Bayer 1889-ben dolgozta ki a bauxit timfölddé való feldolgozásának ipari eljárását ban a világ alumínium termelése már 8 tonna volt, ez a szám napjainkra 24 millió tonnára nőtt. Az alumínium bauxitból történő előállításához GJ/t szemben az acél vasércből történő előállításához GJ/t energiára van szükség. A színalumínium bár számos unikális tulajdonsággal rendelkezik, ami miatt a műszaki termékek széles körénél más fémekkel szemben igen versenyképes alapanyag, de csekély szilárdsága, rugalmassági modulusa és ára miatt a szerkezetépítésben hátrányban az acéllal szemben. 5

6 Az alumínium ötvözetei A színalumínium kedvező tulajdonságainak megőrzése mellett, ugyanakkor a mechanikai hatásokkal szembeni nagyobb ellenállás elérése érdekében az alumíniumot számos elemmel ötvözik. Az alumíniumot és ötvözeteit az ötvözőik szerint 8 csoportba sorolják Az alumínium és ötvözeteinek csoportosítása és jelölésük 6

7 Az alumínium ötvözőinek hatása Ötvözet Tulajdonság 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx Szilárdság Alakíthatóság Hegeszthetőség Korrózióállóság A jelölési rendszer öt féle betűjelzést és szükség szerint további pontosító számjelzést alkalmaz. A szállítási állapot kiegészítő jellel adható meg, F gyártási állapotú, O lágyított, H alakítással keményített, W...hőkezelt instabil (edzett) állapotú, T kiválással keményített, nemesített. A kiválással keményítésnek a homogenizáló izzítás mellett az alakítás és a kiválást eredményező hőkezelésnek 9 eljárás kombinációja van. Ezek közül a legfontosabbak a: T3 homogenizáló izzítással kezelt, majd alakított és természetesen öregített, T6 homogenizáló izzítással kezelt, majd mesterségesen öregített, T7 homogenizáló izzítással kezelt, majd mesterségesen túlöregített. 7

8 Az alumínium szubsztitúciós oldatos ötvözetei A szubsztitúciós szilárdoldatot alkot az alumíniummal a mangán. γ γ ε δ γ µ γ β λ α 8

9 Az alumínium szubsztitúciós oldatos ötvözetei A szubsztitúciós szilárdoldatot alkot az alumíniummal a szilícium. 9

10 Az alumínium szubsztitúciós oldatos ötvözetei A szubsztitúciós szilárdoldatot alkot az alumíniummal a magnézium 10

11 Az alumínium szubsztitúciós oldatos ötvözetei A szubsztitúciós szilárdoldatot alkot az alumíniummal a magnézium a mechanikai tulajdonságai lágyított állapotban 11

12 Az alumínium kiválással keményíthető ötvözetei A kiválásosan keményíthető ötvözetek a 2xxx, a 6xxx, a 7xxx sorozatú ötvözetek és a 8xxx sorozatból a lítium ötvözésűek. Az alumínium számos ötvözője kiválóan alkalmas kiválásos keményítésre. Ilyen ötvözők a réz, a magnézium, a szilícium, a lítium és a cink. A keletkező intermetallikus vegyületek: Al 2 Cu, Al 2 CuMg, Al 2 Mg 3 Zn 3, Cu 2 Mg 8 Si 6 Al 5, MgZn 2, Al 3 Li, AlLi, Al 2 CuLi, Mg 2 Si. 12

13 Kiválásos keményítés 13

14 Kiválásos keményítés 14

15 Kiválásos keményítés 15

16 Alumínium réz ötvözetek 16

17 Alumínium réz ötvözetek Az Al-Cu ötvözet kiválásos keményítése során a keménység változása a réztartalom, a hőmérséklet és az idő függvényében 17

18 Alumínium réz ötvözetek hőkezelése 18

19 Alumínium réz ötvözetek hőkezelése 19

20 Al-Cu-Mg ötvözetek A lágyított állapotú Al-Cu-Mg ötvözetek folyáshatárának és a szakadási nyúlásának változása a réztartalom függvényében 20

21 Al-Cu-Mg ötvözetek A nemesített állapotú Al-Cu-Mg ötvözetek folyáshatárának és a szakadási nyúlásának változása a réztartalom függvényében 21

22 Al-Mg-Si ötvözetek Az AlMgSi ötvözetek a legnagyobb mennyiségben gyártott, nemesíthető ötvözetek. Más ötvözetekhez viszonyított kedvező alakváltozóképességük miatt a sajtolt profilok, nyílászárók, edények, palackok tipikus alapanyaga. Alkalmazásuk elsősorban az építőiparban és a tömegcikk gyártásban jellemző. Jól polírozható és eloxálható. 22

23 Al-Cu-Mg ötvözetek Az AlCuMg ötvözetek, a kedvező szilárdsági jellemzők mellett, lágyított állapotban jól alakíthatók. Tipikus alkalmazási területük a kötőelemek és csövek gyártása. Jelentős mennyiséget alkalmaz a repülőgépipar. 23

24 Al-Zn-Mg-x ötvözetek Az AlZnMg(Cu) ötvözetek nagy folyáshatárukkal tűnnek ki a nemesíthető alumíniumötvözetek sorából. Az AlZn 6 Mg 2 Cu ötvözet szilárdsága meghaladja a szerkezeti acélokét. A kiemelkedően kedvező szilárdsághoz jó forgácsolhatóság társul, ami a gépelemek, - mint tengelykapcsolók, tengelyek, fogaskerekek -, gyártásában, kriogén technikában alkalmazott tartályok anyagaként és a repülőgépiparban meghatározó jelentőségű. 24

25 Az alumínium és ötvözeteinek hegesztése Az alumíniumötvözetek hegesztésénél nehézséget jelent: -- a nagy olvadáspontú felületi oxidhártya, -- a varrat hidrogén okozta porozitása, -- a kristályosodási repedési hajlama, -- egyes ötvözők párolgása és kiégése, -- a varratban és a hőhatásövezetben végbemenő fémtani folyamatok Komócsin Mihály 25

26 Az alumínium és ötvözeteinek hegesztése Az alumíniumötvözetek hegesztésénél nehézséget jelent: -- a nagy olvadáspontú felületi oxidhártya, Komócsin Mihály 26

27 Az alumínium és ötvözeteinek hegesztése Az alumíniumötvözetek hegesztésénél nehézséget jelent: -- a varrat hidrogén okozta porozitása, Komócsin Mihály 27

28 Az alumínium és ötvözeteinek hegesztése Az alumíniumötvözetek hegesztésénél nehézséget jelent: -- a kristályosodási repedési hajlama, Komócsin Mihály 28

29 A kiválásosan keményedő alumíniumötvözeteinek hegesztése Az alumíniumötvözetek hegesztésénél nehézséget jelent: -A kiválással keményíthető ötvözetek ömlesztő hegesztéskor az előzőekben felsoroltakon túl sajátos problémát jelent a varrat illetve a hőhatásövezet kilágyulása. A kiválással keményíthető ötvözetek ömlesztő hegesztésekor az alapanyaggal azonos összetételű hozaganyag alkalmazása esetén a varrat és a hőhatásövezet keménységének változása: Komócsin Mihály 29

30 A kiválásosan keményedő alumíniumötvözeteinek hegesztése A hegesztett kötés szilárdságának (keménységének) csökkenése mérsékelhető: -a hőforrás koncentráltságának növelésével, -- a kisebb szakaszenergiával, -- az alapanyagtól eltérő összetételű hozaganyag alkalmazásával 30

31 A kiválásosan keményedő alumíniumötvözeteinek hegesztése -- a kisebb szakaszenergiával, 31

32 A kiválásosan keményedő alumíniumötvözetek hozaganyagai 32

33 Köszönet a megtisztelő figyelemért! 33