Domov
rozvoj
Priemysel vyrába niekoľko druhov hliníka, ktoré sa líšia celkovým obsahom nečistôt - od 0,001 do 1,0%. Hlavnými prírodnými nečistotami v hliníku sú železo a kremík. Na fázovom diagrame hliník-kremík (obr. 55) je eutektický bod pri 577 °C a 11,7 % Si. Rozpustnosť kremíka v pevnom hliníku pri tejto teplote je 1,6 %. Keď teplota klesne na 200 °C, zníži sa na 0,05 %. Fázový diagram hliník-železo je zložitý, s niekoľkými prechodnými fázami. Najbohatšou zlúčeninou hliníka je FeAl3. Medzi ním a hliníkom je eutektický bod pri 655 °C a 1,8 % železa (obr. 56). Rozpustnosť železa v pevnom hliníku pri eutektickej teplote je 0,05% pod 400°C klesá na nulu. To znamená, že v dvojitých hypoeutektických zliatinách hliníka a železa sa tieto vždy zrážajú vo forme inklúzií fázy FeAl 3, ktoré sú buď eutektického pôvodu, alebo vznikajú rozkladom tuhého roztoku. Eutektické zrazeniny sa môžu tvoriť pri výrazne nižších koncentráciách železa ako 0,05 % v dôsledku nerovnovážnej kryštalizácie.
V hliníku obsahujúcom železo aj kremík sa okrem naznačených fáz charakteristických pre binárne systémy môžu objaviť aj komplexné ternárne zlúčeniny - α-FeAlSi a β-FeAlSi. Môžu sa objaviť priamo počas kryštalizácie v prípade vysokého obsahu nečistôt alebo v dôsledku rozkladu tuhého roztoku. Nečistoty železa a kremíka v hliníku sú škodlivé, pretože výrazne znižujú jeho plastické vlastnosti. Obe tieto nečistoty nie sú obsiahnuté len v primárnom hliníku, ich množstvo v hliníkových zliatinách počas pretavovania neustále narastá v dôsledku interakcie s oxidom kremičitým v žiaruvzdorných materiáloch a nástrojoch na tavenie ocele (lyžice, škrabky). Existuje však veľa zliatin, do ktorých sa zámerne zavádza kremík a niekedy aj železo.
Zvláštnosťou hliníka ako základu pre zliatiny je, že so žiadnym kovom nevytvára súvislé tuhé roztoky. Len v systéme so zinkom (obr. 57) pri zvýšených teplotách je dostatočne veľká oblasť tuhých roztokov. V drvivej väčšine prípadov sa v binárnych systémoch hliník-kov objavujú krehké medzifázové fázy. V dôsledku toho je možné len v obmedzenej miere spevniť hliník tvorbou tuhých roztokov. Preto sa používa iný spôsob spevnenia - prostredníctvom tvorby častíc zlúčeniny v matrici tuhého roztoku. Táto cesta nevyhnutne predurčuje použitie otužovania a starnutia. Obmedzený rozsah tuhých roztokov na báze hliníka nás núti špecifikovať taký obsah každej legujúcej zložky, ktorý by neviedol k vzniku nadmerného množstva krehkých medzifáz.
Tvárnené hliníkové zliatiny spravidla obsahujú 2 - 3 alebo viac legujúcich zložiek v množstvách od 0,2 do 2 - 4 % každá. Jedinou výnimkou je dvojitá zliatina AMts s 1,0 - 1,6 % Mn. Mangán je súčasťou zloženia väčšiny tvárnených hliníkových zliatin v množstve 0,2 - 1,5%. Jeho účelom je, že výrazne spomaľuje rekryštalizáciu, zvyšuje teplotu tohto procesu a tým spevňuje zliatinu pri zvýšených teplotách, zjemňuje rekryštalizované zrno a je súčasťou komplexných zlúčenín, ktoré dávajú zliatinám tepelnú odolnosť.
Väčšina tvárnených hliníkových zliatin dokáže vydržať vytvrdzovanie (bez polymorfnej transformácie) a starnutie a v dôsledku toho sa stávajú výrazne pevnejšími. Typickými legovacími zložkami uvažovaných zliatin sú okrem mangánu meď, horčík, kremík, zinok. Špeciálne žiaruvzdorné zliatiny obsahujú železo, nikel, chróm, titán v množstve 0,2 - 1%. Vo všetkých hliníkových zliatinách spôsobuje pridanie 0,1 až 0,2 % titánu v odliatom stave vážne zjemnenie zrna. Tento efekt je čiastočne zachovaný aj po rekryštalizácii. Berýlium (0,001 – 0,002 %) sa do niektorých zliatin pridáva na zníženie oxidácie pri tavení.
Na obr. Obrázky 58 a 59 znázorňujú dvojfázové diagramy hliníka s meďou a horčíkom. V oboch prípadoch sa so zvyšujúcou sa teplotou pozoruje výrazná zmena rozpustnosti legujúcich prvkov v hliníku. Podobná zmena rozpustnosti sa pozoruje vo viaczložkových systémoch, čo poskytuje možnosť zosilnenia tepelného spracovania. V zložitých zliatinách však v rovnováhe s roztokom hliníka budú fázy, ktoré sú zložité v zložení a štruktúre podľa zodpovedajúcich fázových diagramov.
Typickými zliatinami tvárneného hliníka sú takzvaný dural – zliatiny hliníka s meďou, horčíkom a mangánom. Zloženie niektorých typických tvárnených hliníkových zliatin je uvedené v tabuľke. 5. Je tam uvedené aj zloženie nečistôt jednej z tried hliníka.
Tabuľka 5. Zloženie niektorých tvárnených zliatin hliníka
| Trieda zliatiny | Legujúce komponenty, % zvyšok Al | Nečistoty, % už nie | ||||||||
| Cu | Mg | Mn | Si | Zn | Iní | Fe | Si | Cu | Zn | |
| A5 | - | - | - | - | - | - | 0,3 | 0,3 | 0,02 | 0,06 |
| AMts | - | - | 1,0 - 1,6 | - | - | - | 0,7 | 0,6 | 0,2 | 0,1 |
| AMg6 | - | 5,8 - 6,8 | 0,5 - 0,8 | - | - | 0,1 Ti; 0,001 Ve | 0,7 | - | 0,1 | 0,2 |
| D16 (dural) | 3,8 - 4,9 | 1,2 - 1,8 | 0,3 - 0,9 | - | - | - | 0,2 | 0,25 | - | 0,1 |
| AK8 (superdural) | 3,9 - 4,8 | 0,4 - 0,8 | 0,4 - 1,0 | 0,6 - 1,2 | - | - | 0,3 | - | - | 0,1 |
| B95 | 1,4 - 2,0 | 1,8 - 2,8 | 0,2 - 0,6 | - | 5,0 - 7,0 | 0,1 - 0,25 kr | 0,3 | 0,3 | - | - |
Mechanické vlastnosti týchto zliatin v rôznych stavoch sú uvedené v tabuľke. 6. Ako vidno, v dôsledku legovania, tvrdenia za studena a tepelného spracovania je možné niekoľkonásobne zvýšiť pevnosť (od 100 do 560 MPa) a tvrdosť HB (20 - 150). Pre vysokopevnostné hliníkové zliatiny sa ukazuje, že špecifická pevnosť, t. j. vo vzťahu k hustote, je väčšia ako u ocelí a iných zliatin. Práve to predurčilo ich použitie v lietadlách.
Deformovateľné hliníkové zliatiny sú okrem vytvrdzovania a starnutia často podrobené žíhaniu-homogenizácii. Vysvetľuje sa to tým, že v dôsledku nerovnovážnej kryštalizácie v zliatinách dochádza k veľmi silnej dendritickej segregácii a objavujú sa nerovnovážne eutektické zložky. Horčík a meď sú obzvlášť vyčerpané. Podľa diagramu rovnovážneho stavu by sa teda eutektická zložka v zliatinách hliník - meď mala vyskytovať len pri 5,65 % Cu, ale objavuje sa už pri 1,6 - 2 % Cu. Charakteristickým rysom ohrevu na kalenie hliníkových zliatin je potreba veľmi prísneho udržiavania teploty (±5°), aby sa zabránilo vyhoreniu (taveniu) a dosiahol sa čo najväčší efekt tepelného spracovania. Zliatiny D16 a AK8 sa teda vytvrdzujú od teploty 495 - 505 ° C a zliatina V95 - od 465 - 480 ° C. Kalenie sa vykonáva vo vode. Po vytvrdnutí sa hliníkové zliatiny podrobia prirodzenému (20°C, 4 - 5 dní) alebo umelému starnutiu. Umelé starnutie, v závislosti od zloženia zliatiny, sa uskutočňuje pri 120 - 195 ° C počas 6 - 12 hodín Rekryštalizačné žíhanie sa uskutočňuje pri 300 - 350 ° C (čistý hliník) a pri 350 - 420 ° C (zliatiny. ).
Ako už bolo uvedené, čistý hliník je vysoko odolný voči atmosférickej korózii. Oveľa horšie sú na tom v tomto smere hliníkové zliatiny obsahujúce meď a zinok. Dvojité zliatiny s mangánom a horčíkom (AMts a AMg) veľmi dobre odolávajú atmosférickej korózii.
Tabuľka 6. Mechanické vlastnosti hliníka a niektorých tvárnených zliatin v rôznych stavoch
| Trieda zliatiny | štátu | σ in, MPa | σ t, MPa | δ, % | ψ, % | NV |
| A5 | žíhané | 80 | 60 | 30 - 40 | 70 - 90 | 25 |
| Usilovný | 150 | 120 | 5 - 10 | 50 - 60 | 35 | |
| AMts | žíhané | 130 | 50 | 20 | 70 | 30 |
| Usilovný | 220 | 180 | 5 | 50 | 55 | |
| AMg6 | žíhané | 340 | 170 | 20 | - | 70 |
| D16 | žíhané | 210 | 110 | 18 | 55 | 42 |
| Temperovaný a prirodzene zostarnutý | 450 | 330 | 17 | 30 | 105 | |
| AK8 | 480 | 380 | 10 | 25 | 135 | |
| B95 | žíhané | 260 | 130 | 13 | - | - |
| Temperované a umelo starnuté | 560 | 530 | 8 | 12 | 150 |
Liate hliníkové zliatiny obsahujú takmer rovnaké legujúce zložky ako tvárnené zliatiny, ale v oveľa väčších množstvách a na zodpovedajúcich fázových diagramoch sú liate zliatiny umiestnené bližšie k eutektickým koncentráciám. Ako bolo uvedené v § 18, len také zliatiny majú potrebné technologické vlastnosti odlievania, ktoré umožňujú získať z nich zdravé tvarové odliatky.
Mnohé zliatiny liateho hliníka sú založené na systéme hliník-kremík (pozri obr. 55) a sú tzv siluminy. Dvojitý eutektický hliník - kremík má veľmi hrubú štruktúru, kremík sa uvoľňuje vo forme veľkých dosiek (v tenkých rezoch - vo forme ihiel) (obr. 60, a). Preto takéto zliatiny podliehajú modifikácii, ktorá spočíva v zavedení sodíka do taveniny pred odlievaním, ktorý vzniká ako výsledok výmennej reakcie s tavivom obsahujúcim fluorid sodný. Pod vplyvom tisícin percent sodíka sa zrazeniny kremíka prudko rozdrvia (obr. 60, b) a zvýši sa pevnosť a ťažnosť zliatiny.
Významná skupina zliatin hliníka je založená na ternárnom systéme hliník - kremík - meď a na dvojitom systéme hliník - horčík. Špeciálnu skupinu tvoria žiaruvzdorné hliníkové zliatiny s obsahom 4 - 5 % medi a malých prídavkov prechodných kovov. Odlievacie vlastnosti takýchto zliatin sú veľmi nízke.
Mnohé zliatiny hliníka sú podrobené rôznym typom tepelného spracovania. Pre režimy tepelného spracovania sú akceptované tieto označenia: T1 - starnutie (po odliatí bez kalenia), T2 - žíhanie, T4 - kalenie, T5 - kalenie a čiastočné starnutie, T6 - kalenie a úplné starnutie na maximálnu tvrdosť, T7 - kalenie a stabilizačné popúšťanie, T8 - kaliace a zmäkčujúce popúšťanie. Vlastnosti zliatin hliníka výrazne závisia od spôsobu odlievania, kde rozhodujúcu úlohu zohráva rýchlosť ochladzovania počas tuhnutia odliatku a počas procesu ochladzovania (pri zliatinách, ktoré akceptujú kalenie). Vo všeobecnosti zvýšenie rýchlosti odvodu tepla spôsobuje zvýšenie pevnosti a plastických vlastností. Mechanické vlastnosti odliatkov získaných odlievaním do pieskovo-hlinených foriem a použitím modelov zo strateného vosku sú preto nižšie ako pri odlievaní do kokily a pri odlievaní pod tlakom sa vlastnosti veľmi zvyšujú veľmi prudkým ochladením. že napríklad pre siluminy sa ukazuje ako zbytočná modifikácia sodíkom. Z rovnakého dôvodu je pri odlievaní do kokily a pod tlakom povolený vyšší obsah škodlivých železných nečistôt.
Tabuľka 7. Zloženie niektorých zliatin hliníka
| Trieda zliatiny | Legujúce komponenty, % (zvyšok Al) | Nečistoty, % už nie | ||||||||
| Si | Cu | Mn | Mg | Fe | Si | Mg | Cu | Zn | súčet | |
| AL2 | 10 - 13 | - | - | - | 0,8 - 1,5 | - | 0,1 | 0,6 | 0,3 | 2,2 - 2,8 |
| AL4 | 8 - 10 | - | 0,25 - 0,50 | 0,17 - 0,30 | 0,6 - 1,0 | - | - | 0,3 | 0,3 | 1,2 - 1,6 |
| AL8 | - | - | - | 9,5 - 11,5 | 0,3 | 0,3 | - | 0,3 | 0,1 | 2,2 |
| AL10V (AK8M7) | 4 - 6 | 5 - 8 | - | 0,2 - 0,5 | 1,2 - 1,3 | - | - | 0,5 Mn | 0,6 | 2,5 - 2,7 |
| AL19 | - | 4,5 - 5,3 | 0,6 - 1,0 | 0,15 - 0,35 Ti | 0,2 | 0,3 | 0,05 | - | 0,2 | 0,8 - 1,0 |
V tabuľke Tabuľka 7 ukazuje zloženie niektorých najbežnejších hliníkových zliatin a tabuľka. 8 - ich mechanické vlastnosti.
Zliatina AL2 je jednoduchý dvojitý silumin eutektického zloženia, ktorý neznáša kalenie. Jeho tepelné spracovanie je po odliatí zredukované na žíhanie, aby sa uvoľnilo napätie. Zliatina AL4 je silumin hypoeutektického zloženia, do ktorého je zavedený horčík, ktorý poskytuje možnosť tvrdnutia a starnutia v dôsledku premenlivej rozpustnosti zlúčeniny Mg2Si v hliníku. Obe tieto zliatiny sú modifikované sodíkom. Zliatina AL10V (AK5M7) je postavená na báze systému hliník - kremík - meď s prísadami horčíka. Vytvrdzovanie a starnutie zliatiny zabezpečuje premenlivá rozpustnosť komplexných zlúčenín v hliníku a dobré odlievacie vlastnosti zabezpečuje dostatočné množstvo dvojitého eutektika A1-Si a trojitého eutektika A1-Si-Al 2 Cu. Alloy AL8 je prakticky dvojitá zliatina hliníka a horčíka. Jeho zloženie je ďaleko od eutektického bodu, má veľký kryštalizačný rozsah a preto má nízke odlievacie vlastnosti. Dobré mechanické vlastnosti - nízka hustota (2,55 g/cm2), vynikajúca odolnosť proti korózii - predurčujú jej pomerne široké využitie. Zvýšenie obsahu horčíka a priblíženie sa k eutektickému zloženiu by zlepšilo vlastnosti odlievania, avšak bežné tavenie bez povlakových tavív sa stáva nemožným, pretože tavenina je vysoko oxidovaná. Zliatina AL 19 je typický vysokoteplotný materiál schopný prevádzky pri 300°C.
Tabuľka 8. Mechanické vlastnosti zliatin hliníka
| Trieda zliatiny | štátu | σ in, MPa | δ, % | NV |
| AL2 | Obsadenie upravené | 150 | 4 | 50 |
| Upravené a tepelne spracované podľa T2 (žíhanie pri 300 ± 10 °C počas 3 hodín) | 140 | 4 | 50 | |
| AL4 | Odliatok bez úprav | 150 | 2 | 50 |
| Upravené a tepelne upravené podľa T6 (kalenie z 535±5°C vo vode, žíhanie pri 175±5°C, 15 h) | 230 | 3 | 70 | |
| AL8 | Tepelne ošetrené podľa T4 (vytvrdenie do oleja po expozícii pri 430±5°C, 20 hodín) | 290 | 9 | 60 |
| AL10V (AK5M7) | Odliate do pieskovo-hlinenej formy | 130 | - | 80 |
| Chill obsadenie | 160 | - | 80 | |
| Odliate do pieskovo-hlinenej formy, tepelne spracované podľa T1 (starnutie pri 175°C, 10 hodín) | 150 | - | 80 | |
| Odliate do chladiacej formy, tepelne spracované podľa T1 (starnutie pri 175°C, 10 hodín) | 170 | - | 90 | |
| AL19 | Tepelne spracované podľa T5 (tvrdnutie od 545±5°С po vystavení vode po dobu 10 hodín a starnutie pri 175±5°С, 5 hodín) | 340 | 4 | 90 |
Vo všetkých hliníkových zliatinách je povolených 0,8 - 1,2% železa ako nečistoty, ktorá sa nevyhnutne dostáva do kovu pri pretavovaní. Preto je vo všetkých zliatinách špecifikovaný obsah mangánu, ktorý oslabuje škodlivé účinky železa a premieňa ihličkovité výlučky železnej zložky na kompaktné.
Existuje veľmi veľká skupina hliníkových zliatin, ktoré sa získavajú tavením odpadu a vyrábajú sa vo forme ingotov. Predtým sa tieto zliatiny nazývali sekundárne. Zložením sa takmer nelíšia od bežných hliníkových liatych zliatin, obsahujú však zvýšené množstvo železa a niektoré nekontrolovateľné nečistoty, najmä kyslík vo forme filmov oxidu hlinitého. Tieto zliatiny sú označené značkami s pridaním písmena „ch“ (v ošípaných).
V posledných rokoch sa objavili antifrikčné dvojzliatiny na báze hliníka s obsahom antimónu, cínu, medi a olova v množstve 3 - 6%. Zliatiny sú určené pre panvy klzných ložísk. Zliatiny hliníka tohto typu sa získavajú vo forme vrstvy na oceľovom páse tlakovým spracovaním. Vložky zo zliatiny hliník - olovo sú vyrábané práškovou metalurgiou. Charakteristickým znakom antifrikčných hliníkových zliatin (ako aj antifrikčných zliatin všeobecne) je dvojfázová štruktúra, pričom fázy majú výrazne rozdielne tvrdosti. Počas prevádzky, počas trenia s čapom oceľového hriadeľa, sa mäkká fáza vytvára silnejšie a vzniknuté medzery slúžia ako prirodzené kanály, ktorými sa mazivo rozdeľuje po celej trecej ploche. V zliatine hliníka s antimónom a meďou sú tvrdou fázou zlúčeniny AlSb a A1 2 Cu a mäkkou fázou je samotný hliník. V zliatinách s cínom a olovom práve tieto kovy tvoria mäkké vrstvy pozdĺž hraníc tvrdších hliníkových zŕn.
Lektor V.S. ZolotorevskyVšeobecné informácieAplikácie
Primárny hliník
Úloha nečistôt a legujúcich prvkov
Základné legovacie systémy a klasifikácia
zliatin
Štruktúra a vlastnosti ingotov a odliatkov
Štruktúra a vlastnosti deformovaných
polotovary
Priemyselné hliníkové zliatiny
(správy študentov)
09.02.2017
2
Náučná literatúra
I.I. Novikov, V.S. Zolotorevskij, V.K. Krajčír aatď. Hutníctvo, ročník 2. MISiS, 2014. (kapitola 15)
B.A. Kolačev, V.I. Livanov, V.I. Elagin.
Metalurgia a tepelné spracovanie neželezných materiálov
kovy a zliatiny. MISiS, 2005.
V.S. Zolotorevsky, N.A. Belov. Hutníctvo
neželezné kovy. Sekcia: Zliatiny hliníka.
MISiS, 2000. (č. 1564).
Iná literatúra (najmenej 5 zdrojov)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
3
Témy správ s prezentáciou
1.2.
3.
4.
5.
6.
Silumíny
duraly
Magnalia
Tepelne odolné hliníkové zliatiny
Vysokopevnostné hliníkové zliatiny
Zliatiny hliníka obsahujúce lítium
Správy (20-30 minút) pojednávajú o chemickom zložení,
štruktúra a vlastnosti priemyselných zliatin, oblasti
aplikácie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
4
Všeobecné vlastnosti hliníka a jeho zliatin
Veľké zásoby (8%Al) v zemskej kôre1. miesto medzi neželeznými kovmi podľa objemu
produkcia – viac ako 30 miliónov ton/rok (15 % Ruskej federácie)
Cena – 1 500 – 2 600 $/t (~ 1 500 $/t)
Ľahkosť - merná hmotnosť 2,7 g/cm3
Vysoká pevnosť (zliatiny) - až 700 MPa
Vysoká odolnosť proti korózii
Vysoká elektrická vodivosť (2/3 Cu)
Špičková technológia pre všetky druhy spracovania
Možnosť využitia odpadu
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
5
Oblasti použitia hliníka a jeho zliatin
letectvo a raketová vedapozemná a vodná doprava
strojárstvo
elektrotechnika
výstavby
obaly (na potraviny, lieky a pod.)
domáce spotrebiče
špeciálne oblasti
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
6
PRIMÁRNY HLINÍK Chemické zloženie niektorých štandardných druhov primárneho hliníka (GOST 11069-2001) „Sekundárny hliník“ - Al-zliatiny zo šrotu
PRIMÁRNY HLINÍKChemické zloženie niektorých štandardných druhov primárnych látok
hliník (GOST 11069-2001)
"Recyklovaný hliník" - Al-zliatiny zo šrotu a odpadu
Značka
Fe,%
Si, %
Cu, %
Zn, %
Ti, %
Zostávajúce, %
Celkom
nečistoty, %
Al, %
nie
menej
vysoká čistota
A995
0,0015
0,0015
0,001
0,001
0,001
0,001
0,005
99,995
A99
0,003
0,003
0,002
0,003
0,002
0,001
0,01
99.99
A97
0,015
0,015
0,005
0,003
0,002
0,002
0,03
99,97
A95
0,03
0,03
0,015
0,005
0,002
0,005
0,05
99,95
technická čistota
A85
0,08
0,06
0,01
0,02
0,01
0,02
0,15
99,85
A7
0,16
0,15
0,01
0,04
0,02
0,02
0,30
99,70
A5
0,30
0,25
0,02
0,06
0,03
0,03
0,30
99,50
A35
0,65 (Fe+Si)
0,05
0,1
0,02
0,03
1,00
99,35
A0
0,95 (Fe+Si)
0,05
0,1
0,02
0,03
1,00
99,00
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
7
Fyzikálne vlastnosti Al v porovnaní s inými kovmi
NehnuteľnosťAl
Fe
Cu
Teplota topenia 0 °C
660
1539
1083
650
1652
Bod varu, 0С 2494
Hustota, g/cm3
2872
2,7
2595
7,86
1107
8,9
3000
1,738
4,5
Coeff. termín. predĺžená, 106* K-1
23,5
12,1
17,0
26,0
8,9
Ud. elektrický odpor, 108* Ohm*m
2,67
10,1
1,69
4,2
54
Tepelná vodivosť, W*m-1*K-1
238
78,2
397
156
21,6
Teplo topenia, J*g-1
405
272
205
293
358
Výparné teplo, kJ*g-1
10,8
6,1
6,3
5,7
9,0
Modul pružnosti, GPa
70
220
132
44
112
Mg
Ti
Čistý Al má nízku tvrdosť - 10-15НВ, pevnosť = 50-70 MPa a vysokú
plasticita = 30-45%
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
8
Hlavné nečistoty v hliníku a jeho zliatinách
Železokremík
Fe+Si – Al3Fe, Al5FeSi (β) a Al8Fe2Si (α) fázy
Zinok
Meď
magnézium
Olovo a cín
Sodík
Vodík
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
9
10. HLAVNÉ ZÁKLADNÉ SYSTÉMY NA ZLIATOVANIE PRIEMYSELNÝCH ZLIATIÍ HLINÍKA
Al-Si, Al-Si-Mg (silumíny)Al-Si-Cu-Mg (silumíny medi)
Al-Cu [-Mn] (žiaruvzdorný)
Al-Mg (magnálium)
Al-Mg-Si (lietadlo)
Al-Cu-Mg (dural)
Al-Cu-Mg-Si (kovanie)
Al-Zn-Mg (zvárateľný)
Al-Zn-Mg-Cu (vysoká pevnosť)
Al-Li-Cu-Mg (ultra ľahký)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
10
11. Klasifikácia legujúcich prvkov a nečistôt v priemyselných zliatinách hliníka podľa ich vplyvu na tvorbu rôznych štruktúrnych prvkov
Klasifikácia legujúcich prvkov a nečistôt vpriemyselné zliatiny hliníka podľa ich účinku na
tvorba rôznych konštrukčných prvkov
prvky konštrukcie,
tvorený prísadami a
nečistoty
Legovanie
prvky a nečistoty
Tuhý roztok (Al) a hlavné fázy Cu, Mg, Si, Zn, Li, (Mn) –
- posilňovače starnutia
hlavné legovanie
prvky - vrstvy 12-14
Nerozpustné (pri žíhaní) eutektiká - Fe, Si, Ni, Mn, (Mg, Cu)
ikálnych fázach
Primárne kryštály
Fe, Ni, Mn, Si, (Zr, Cr, Ti)
Disperzoidy pri vysokých teplotách - Mn, Zr, Cr, Ti, Sc (niekedy
ny vykurovanie
+Cu, Fe, Si atď.)
Mikroaditíva, ktoré majú malý vplyv na Be, Cd, Sr, Na, Ti, B
09.02.2017
fázové zloženie Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
11
12. Fázový diagram Al-Cu
13. Fázový diagram Al-Mg
14. Fázový diagram Al-Si
15. Charakteristika fázových diagramov eutektického typu tvorených hliníkom s hlavnými legovacími prvkami
№Dopujem - Sp,
cie
% hm.
prvky (at. %)
Xie,
% hm.
(at. %)
Tmelt,
0C
Fáza v rovnováhe s (Al)
(obsah
druhý
zložka, hm. %)
1
Cu
5,7 (2,5)
33,2
(17,5)
548
CuAl2 (52 % Cu)
2
Mg
17,4 (18,5) 35
(36) 450
Mg5Al8 (35%Mg)
3
Zn
82
(49,3)
94,9
(75) 382
(Zn)
(>99 % Zn)
4
Si
1,65
(1,59)
12
(12)
(Si)
(>99,5 % Si)
09.02.2017
577
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
15
16. Charakteristika dvojfázových diagramov hliníka s prechodnými kovmi prítomnými v hliníkových zliatinách ako nečistoty resp.
Charakteristika dvojfázových diagramov hliníka sprechodné kovy prítomné v hliníku
zliatiny ako nečistoty alebo legujúce prvky (pozri snímku
11)
№
Legovanie
prvkov
(typ grafu)
Sp,
% hm.
(at. %)
1
Fe(e)
0,05
(0,03) 1,8
(0,9) 655
FeAl3 (40 % Fe)
2
Ni(e)
0,04
(0,02) 6,0
(2,8) 640
NiAl3 (42 % Ni)
3
Ce(e)
0,05
(0,01) 12
(2,6) 650
CeAl4 (57%Ce)
3
Mn(e)
1,8
(0,89) 1,9
(0,91) 658
4
Sc(e)
0,3
(0,2)
0,6
(0,4) 655
ScAl3 (36 % Sc)
5
Ti(p)
1,3
(0,8)
0,12
(0,08) 661
TiAl3 (37 % Ti)
6
Zr(p)
0,28
(0,1)
0,11
(0,04)
661
ZrAl3 (53%Zr)
7
Cr(p)
0,8
(0,4)
0,4
(0,2) 661
CrAl7 (22%Cr)
09.02.2017
Ce,p,
% hm.
(at. %)
Te,p, 0C
Fáza v rovnováhe s
(Al)
(obsah
druhá zložka
% hmotn.
MnAl6 (25 % Mn)
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
16
17. Oblasti zloženia hliníkových zliatin a ich členenie podľa štruktúry
1.Zliatiny typu tuhého roztoku(matica) (ohromujúca
najviac deformovateľné
zliatiny, ako aj zlievareň
na báze systémov Al–Cu, Al–Mg a AlZn-Mg);
2. Hypoeutektické zliatiny
(väčšina zliatin siluminu, v ktorých je najdôležitejšia
legujúcim prvkom je
kremík, napríklad typ AK7 a
AK8M3, ako aj niektoré
tvárnené zliatiny, v
najmä typ AK4-1);
3.Eutektické zliatiny (siluminy
typ AK12 a AK12M2);
4.Hypereutektické zliatiny
(hypereutektické siluminy,
napríklad AK18).
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
17
18.
Všeobecné vlastnostištruktúra a vlastnosti ingotov
a hliníkových odliatkov
zliatin
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
18
19. Nerovnovážná kryštalizácia
MikroštruktúraZliatina Al-5% Cu
N
e
09.02.2017
Výsledkom je nerovnovážná kryštalizácia
neúplný prechod difúzie keď
skutočné rýchlosti chladenia
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
19
20. Metastabilné varianty fázových diagramov Al-PM
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
20
21. Typická makro- a mikroštruktúra hypoeutektických liatych hliníkových zliatin
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
21
22. Mikroštruktúry odlievaných zliatin
23. CHARAKTERISTIKA ŠTRUKTÚRY ODLIATIA
1) tvar a veľkosť kryštalitov (zŕn);2) tvar a veľkosť dendritických buniek (Al);
3) zloženie, štruktúra, morfológia a objemový podiel častíc
nadbytočné fázy kryštalizačného pôvodu
4) distribúcia legujúcich prvkov a nečistôt v
(Al)
5) charakteristika spodnej stavby (rozdelenie a
hustota
dislokácie,
rozmery
podzrná
A
dislokačné bunky, ich uhly dezorientácie,
sekundárne sekréty);
6) počet, veľkosť a rozloženie pórov
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
23
24. Vzťah medzi veľkosťou dendritickej bunky (d) a rýchlosťou chladenia (Vcool) d=A V-nocool
Vohl, K/c10-3
d, um
1000
Podmienky na získanie odliatkov
100
100
Nepretržitý
odlievanie
103
10
Odlievanie veľkých granúl (do vody)
106
1
Získavanie šupín (točenie)
109
0,1
Získanie ultratenkých šupín
09.02.2017
Odlievanie veľkých odliatkov do zeme
odlievanie
ingoty,
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
chladová forma
24
25. Koncentračný limit pre vznik nerovnovážneho eutektika (Sk na snímke 20)
Hranica koncentrácie vzhľadunerovnovážne eutektikum (C na snímke 20)
Komu
S, %
Cu
Mg
Zn
Si
Rovnováha
konečný
rozpustnosť
Sp, %
5,65
17,4
82,2
1,65
0,5-2 K/min
0,1
4,5
20,0
0,1
80-100 K/min
0,1
0,5
2,0
0,1
1000 K/min
0,3
1,0
3,0
0,2
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
25
26. Objemový podiel (QV) a veľkosť (m) častíc nadbytočných fáz a pórov
QV = Cx/Ce)1/(1-K),Kde
Ce – eutektická koncentrácia,
K - distribučný koeficient (Czh/Ctv),
Cx je koncentrácia legujúceho prvku v zliatine.
m = Bd,
kde d je veľkosť dendritickej bunky
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
26
27. MORFOLÓGIA NADMERNÝCH FÁZ
Veľký počet a rozmanitosť tvarov častíc prebytočných fáz, vvrátane rovnakej fázy počas kryštalizácie v rôznych
podmienky:
1) žily pozdĺž hraníc dendritických buniek;
2) kostry;
3) ihly, taniere;
4) jemne diferencované kryštály (vnútri
eutektiká) v zliatinách blízkych eutektickému bodu atď.
So zvyšujúcou sa rýchlosťou ochladzovania a kryštalizácie sa veľkosť častíc
znížiť
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
27
28. Rôzne morfológie nadbytočných fáz
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
28
29. Úprava liatej štruktúry
Úprava na brúsenieprimárne kryštály
Príklady modifikátorov: zrná (Al) - Ti a
Ti+B, primárny (Si) – Cu+P
Modifikácia eutektík
Modifikátory (Si) v eutektiku: chloridy, Sr,
REM - zmena tvaru monokryštálov,
kryštalizujúce vo vnútri eutektika
kolónie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
29
30. Hlavné fázy obsahujúce Fe a Si v hliníkových zliatinách
Al3Fe, α(Al8Fe2Si), β(Al5FeSi)Al15(Fe,Mn)3Si2
Al6(Fe,Cu,Mn), Al7FeCu2
Al9FeNi
Al8FeMg3Si6
Rozloženie legujúcich prvkov po priereze
dendritické bunky (Al) - snímka 23
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
30
31. Vnútorná štruktúra dendritov (Al)
32.
Zmena štruktúry avlastnosti ingotov a odliatkov
s homogenizáciou
žíhanie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
32
33. Štrukturálne zmeny počas homogenizácie a tvrdnutia
rozpustenie nerovnovážnych nadbytočných fázpôvod kryštalizácie;
2) eliminácia intrakryštalickej likvácie
legujúce prvky;
3) rozklad hlinitého roztoku počas
izotermické držanie s formáciou
aluminidy prechodných kovov (v zliatinách,
obsahujúce takéto prísady);
4)
zmeniť
morfológia
fázy
kryštalizácia
pôvod,
nie
rozpustný v tuhom roztoku
1)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
33
34. Rozpúšťanie nerovnovážnych fáz v dôsledku difúzie
KdeP= (Q A d/2) / (DS (B+K Q),
P - čas úplného rozpustenia -fázy
d je veľkosť dendritickej bunky;
Q je objemový podiel nerovnovážnej fázy;
S je celkový povrch jeho inklúzií;
D je difúzny koeficient legujúceho prvku v
(Al);
A, B a K - koeficienty konštantné pre zliatinu
dané zloženie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
34
35. Rozpúšťanie nerovnovážnych fáz
Empirické rovnice:p=b0 + b1m alebo p = amв,
kde m je hrúbka rozpúšťajúcich sa častíc
- Odliatky zo zliatiny AMg9 pri teplote
homogenizácia 440 °C p = -1,6 + 0,48 m,
- ingoty zliatiny D16 pri teplote homogenizácie
4800C p = 0,79 + 1,66 m alebo
p = 0,63 m1,2 (m - v mikrónoch, p - za hodinu).
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
35
36. Eliminácia intrakryštalickej likvácie
= 5,8102/(2D),kde lo = d/2
D-koeficient difúzia pri Tg, cm2/s:
Mg, Zn, Si - 10-9
Cu - 10-10
Ni - 10-12
Fe, Mn, Cr, Zr -10-13 - 10-14
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
36
37. Disperzoidy aluminidov Mn, Zr a Ti
38. Fragmentácia a sféroidizácia eutektického kremíka počas zahrievania na kalenie
39.
Štrukturálne zmeny počashomogenizácia a tvrdnutie
(pokračovanie zo snímky 33)
5) zmena zrna a dislokácia
štruktúry tuhého roztoku hliníka;
6) rozklad hlinitého roztoku podľa hl
legujúcich prvkov počas ochladzovania po
izotermické držanie;
7) vývoj sekundárnej pórovitosti.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
39
40. Jemná štruktúra po kalení a starnutí odliatkov (FEM)
41.
Všeobecné vlastnostištruktúru a vlastnosti
deformované
polotovary
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
41
42. ŠTRUKTÚRA A VLASTNOSTI DEFORMOVANÝCH POLOTOVAROV Z HLINÍKOVEJ ZLIATINY
Deformácia:„studený“ - pri izbovej teplote
teplý - medzi izbovou teplotou a
0,5-0,6 Tm
horúca - nad 0,5-0,6 Tmel
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
42
43. Prietokové napätie
Aktuálne napätie-
deformácia toku hliníka za studena a za tepla je nepretržitá
rastie od okamihu nástupu deformácie až po deštrukciu podľa mocenského zákona
zákon:
- O
kde a m sú koeficienty, m< 1
- S horúcou OMD
= m,
σ približne konštantný (ustálený stav)
po 10-50% deformácii
- Kombinovaný vplyv teploty T a rýchlosti deformácie na σ
určené (prostredníctvom štruktúry) Zenerovým-Holomonovým parametrom:
Z = exp(Q/kTdef).
σ závisí lineárne od logZ
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
43
44.
ŠTRUKTÚRA DEFORMOVANÝCHPOLOTOVARY PRED A PO
TEPELNÉ SPRACOVANIE
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
44
45. Vláknitá (a) a rekryštalizovaná (b) štruktúra zŕn (SM)
A09.02.2017
b
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
45
46. Mapa štruktúry po opakovanom valcovaní analýzou vzoru spätne rozptýlených elektrónov EBSD v SEM
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
46
47. DEFORMAČNÉ TEXTÚRY
1. Vo valcovaných plátoch - dvojitá valcovacia textúra (110)<112>(hlavný vtechnický Al) a (112)<111>(hlavné v zliatinách).
2. Po lisovaní, ťahaní, valcovaní tyčí a drôtov
okrúhleho prierezu, vzniká dvojitá osová textúra<111>A
<100>.
3. V lisovaných pásoch a tenkostenných profiloch - textúra
valcovanie + axiálne pre veľké pomery hrúbky k
šírka.
4. V rúrach vyrobených lisovaním, valcovaním a ťahaním „valcová“ textúra (valcujúca sa textúra po rezaní
potrubie a jeho otočenie naplocho).
5. Prútené tyče majú axiálnu štruktúru<110>
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
47
48. Schéma štruktúrnych stavov kalenej tvárnej zliatiny AK8 v závislosti od teploty a rýchlosti deformácie za tepla pri deformácii
Štrukturálny stavový diagram kalenéhokovaná zliatina AK8 v závislosti od
teplota a rýchlosť deformácie za tepla pri
návrh
lisovanie
razenie
valcovanie
kovanie
09.02.2017
1 - rekryštalizácia
Nie;
2- plný
rekryštalizácia;
3- rekryštalizácia
začína po
deformácie;
4- zmiešaná štruktúra
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
48
49. Subštruktúra (Al) po vrátení a zošití častíc vo vláknitom polotovare
0,5 um09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
49
50. Disperzoidy vo finálnej štruktúre deformovaných polotovarov (MKP)
1 um1 um
200 nm
200 nm
51. Termomechanické spracovanie hliníkových zliatin
HTMO – deformácia za tepla so získanímpolygonizovaná štruktúra, ktorá zostáva po
kalenie alebo žíhanie – spevnenie oproti
rekryštalizovaný stav (Al) („lisovací efekt“ alebo „štrukturálne spevnenie“)
CTMO – deformácia za studena (valcovanie) po
vytvrdzovanie pred starnutím
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
51
52. Spôsoby získania nanokryštalickej štruktúry - zavedením nanočastíc spevňujúcich fáz pri rozklade (Al) (do odlievacích a tvárnených zliatin
Spôsoby získavaniananokryštalická štruktúra
- zavedenie fázovo spevňujúcich nanočastíc pri rozklade (Al) nanočastíc
(pri odlievaní a tvárnených zliatinách)
- intenzívnym plastom
deformácia rôznymi spôsobmi:
krútenie pod hydrostatickým účinkom
tlak (KGD)],
uhlové lisovanie rovnakého kanála
(ECAP),
viacnásobné valcovanie,
mechanické legovanie
a iné na získanie zŕn nano veľkosti
v (Al)
53.
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
53
54. Ťažká plastická deformácia (SPD)
1ln(1)
Intenzívny plast
deformácia (IPD)
Množstvo deformácie pri práci SPD
sa vypočíta pomocou vzorca ε=-ln(1- /1), kde pre
listov je rozdiel v pôvodnej veľkosti (priemer
alebo hrúbka) obrobku a veľkosť po deformácii.
Napríklad, ak mal pôvodný obrobok hrúbku 10
mm a v dôsledku valcovania sme z neho dostali plech
Hrúbka teda 1 mm
e=-ln(1-(10-1)/10)=ln(0,1)=2,3.
S IPD môže ε dosiahnuť 3-4 alebo viac v jednom priechode
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
54
55. Schémy ECAP a QGD
ECAP - opakované pretláčanie vzorkykanál bez toho, aby ste ho zmenili
formulárov
.
Deformácia QGD v dôsledku trecích síl pozdĺž
povrch vzorky disku
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
55
56. Priemyselne liate hliníkové zliatiny
Základné legovacie systémy,značenie.
Chemické a fázové zloženie.
Vlastnosti štruktúry a vlastností
siluminy a zliatiny na odlievanie
na báze systémov Al – Mg, Al – Cu a Al – Zn
– Mg
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
56
57. Systémy označovania pre priemyselné odlievané hliníkové zliatiny v Rusku a USA
Základný systémAl-Cu
Al-Si-Cu, Al-Si-Mg,
Al-Si-Cu-Mg
Al-Si
Al-Mg
Al-Zn
Al-Sn
09.02.2017
USA (AA)
2XX,0 (224,0)
3XX,0 (356,0)
4XX,0 (413,0)
5XX,0 (514,0)
7XX,0 (710,0)
8XX,0 (850,0)
Rusko (GOST 1583-89)
(AM5)
(AK12M2MgN)
(AK12)
(AMg5K)
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
57
58. Porovnávacia charakteristika vlastností odlievacích zliatin
SystémOdolný
Kor.
stojan
Lit.
svätých
Svar.
Al-Si
1
2
1
2
3
3
Al-Si-Mg
2
1-2
1
2
3
3
Al-Si-Cu
2
1-2
2
1
3
3
Al-Si-Cu-Mg
2-3
1
2
1
2-3
3
Al-Cu
3
3
3
1
1
2
Al-Mg
1-2
3
1
3
2
3
09.02.2017
Plast. Tepelne odolný
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
58
59. Garantované mechanické vlastnosti siluminov podľa GOST 1583-93
Známkyzliatin
spôsob
odlievanie
štátu
AK7ch
TO
T6
235
1
70
AK9ch
Z, K
T6
230
3
70
AK8M3ch
TO
T5
390
4
110
AK12MMg
N
TO
T6
215
0,7
100
09.02.2017
v, MPa, %
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
NV
59
60. Mechanické vlastnosti odlievacích zliatin na báze systémov Al–Cu a Al–Mg podľa GOST 1583-93
ZliatinaAM5
AM4,5Kd
AMg6l
AMg6lch
AMg10(AL27)
09.02.2017
spôsob
odlievanie
v, MPa
, %
NV
Z
333
4
90
TO
333
4
90
TO
490
4
120
Z
190
4
60
TO
220
6
60
Z, K
230
6
60
Z
200
5
60
TO
240
10
60
Z, K
250
10
60
Z, K
320
12
75
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
60
61. Priemyselne spracované zliatiny
Základné legovacie systémy, značky,chemické a fázové zloženie
Tepelne netvrditeľné zliatiny na báze
systémy Al – Fe – Si, Al – Mg, Al – Mn,
vlastnosti ich štruktúry a vlastností.
Tepelne vytvrditeľné zliatiny na báze
systémy Al – Cu, Al – Mg, Al – Mg – Si,
Al – Cu – Mg, Al – Zn – Mg – Cu, Al – Mg – Cu –
Li.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
61
62. Systémy označovania pre priemyselné spracované hliníkové zliatiny v Rusku a USA
Základnésystému
>99,0 % Al
Al-Cu
Al-Mn
Al-Si
Al-Mg
Al-Mg-Si
Al-Zn
Oddych
09.02.2017
USA (AA)
1XXX
2XXX
3XXX
4XXX
5XXX
6XXX
7XXX
8XXX
(1180)
(2024)
(3005)
(5086)
(6010)
(7075)
(8111)
Rusko (GOST 4784-74)
Číselné – (abecedné)
10YY –
(AD1)
11YY – (D16, AK4-1)
14YY – (AMts)
15YY – (AMg6)
13YY – (AB, AD31)
19YY –
(B95)
–
- (AZh0,8)
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
62
63. Koncentrácia hlavných legujúcich prvkov v priemyselných tvárnených zliatinách
Cu, %Mg,%
Zn, %
Si, %
Li, .%
Al-Cu-Mg
3-5
0,5-2
-
-
-
Al-Mg-Si
-
0,3-1,2
-
0,3-1,2
-
Al-Zn-Mg
-
1-3
3-6
-
-
Al-Cu-Mg-Si
1-5
0,3-1,2
-
0,3-1,2
-
Al-Zn-Mg-Cu
0,5-3
1-3
5-9
-
-
Al-Li-Cu-Mg
0–4
0-5
–
–
1–3
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
63
64. Porovnávacie charakteristiky vlastností deformovateľných zliatin
Základnésystému
Odolný Plast. Zharop.
Corr.
Defor.
Svar.
Al-Mg
1-2
3
1
3
2
3
Al-Cu
3
3
3
1
2
2
Al-Mg-Si
2
3
2
3
3
2
Al-Cu-Mg
3
3
2
1
3
1
Al-Zn-Mg
1
2
1
3
3
2
Al-Zn-Mg-Cu
3
2
1
2
2
1
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
64
65. Označenie niektorých stavov pre deformovateľné hliníkové zliatiny
Druh tepelného spracovaniaOznačenie v
RF1)
Označenie
v USA 2)
Žiadne tepelné spracovanie, žiadna kontrola vytvrdzovania
–
F
Žíhanie pre úplné odtvrdnutie
M
O
Stav spracovaný za studena bez tepelného spracovania
N
H1
Stav opracovaný za studena a čiastočne žíhaný
H1, H2, H3
H2
Vytvrdený za studena a stabilizovaný stav
–
H3
Kalenie po deformácii plus prirodzené
starnutie
T
T4
Kalenie po deformácii plus starnutie pre
maximálna pevnosť
T1
T6
Kalenie po deformácii plus prestarnutie
T2, T3
T7
Kalenie po deformácii, deformácia za studena,
umelé starnutie (ATMA)
T1H
T8
1)
ruské písmená,
09.02.2017
2)
latinské písmená
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
65
66. Typické mechanické vlastnosti tepelne nevytvrditeľných zliatin hliníka na tvárnenie
ZliatinaDruh polotovaru
štátu
V,
MPa
0,2,
MPa
, %
AD00
List
M
60
–
28
AD1
List
N
145
–
4
AMts
List
N
185
–
4
AMg2
List
M
165
–
18
AMg2
Profil
M
225
60
13
AMg3
List
M
195
100
15
AMg6
List
M
155
155
15
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
66
67. Typické mechanické vlastnosti tepelne tvrdených hliníkových tvárnených zliatin
ZliatinaDruh polotovaru
štátu
v, MPa
0,2 MPa
, %
D16
List
T
440
290
11
D20
Kovanie
T1
375
255
10
AK8
Bar
T1
450
–
10
AB
List
M
145
–
20
AB
Profil
T1
294
225
10
AD31
Bar
T1
195
145
8
B95
Bar
T1
510
420
6
V96ts
Kovanie
T1
590
540
4
1915
List
T
315
195
10
AK4-1
Bar
T1
390
315
6
1420
Profil
T1
412
275
7
1450
List
T1
490
430
4
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
67
68. Príklad testovacieho lístka
1.2.
3.
4.
5.
V ktorej oblasti stavového diagramu
existujú kompozície hliníkových zliatin s
dobré odlievacie vlastnosti?
Aké procesy prebiehajú pri kalení?
deformované polotovary z
hliníkové zliatiny?
Úprava konštrukcie zlievarne
hliníkových zliatin
Štruktúra a vlastnosti duralov
Silumíny bez obsahu medi
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
68
69. Žiaruvzdorné kovy a zliatiny
70. Plán rezu
Žiaruvzdorné kovy, ich množstvo v zemskej kôre,aplikácie. Kovy veľkej štvorky.
Všeobecné vlastnosti elektronickej a kryštálovej štruktúry
žiaruvzdorné kovy s bcc mriežkou.
Fyzikálne vlastnosti.
Chemické vlastnosti. Spôsoby ochrany žiaruvzdorných kovov pred
interakcie so vzdušnými plynmi
Zloženie ochranných náterov a spôsoby ich aplikácie na žiaruvzdorné materiály
kovy a zliatiny.
Mechanické vlastnosti: problémy s krehkosťou za studena a tepelnou odolnosťou
Princípy tvorby legujúcich žiaruvzdorných kovov
tepelne odolné zliatiny.
Priemyselné zliatiny.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
70
71. Maximálne prevádzkové teploty žiaruvzdorných zliatin na rôznych základoch
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
71
72. Vlastnosti elektronickej štruktúry
Žiaruvzdorné kovy skupín IV-VII - prechodnéd-prvky
V a Cr sa nachádzajú v 1. veľkom období, Zr,
Nb a Mo v II, Ta, W, Nb a Re v III
V dôsledku toho nie sú úplne naplnené
3d-, 4d- a 5d-úrovne a počet elektrónov na
vonkajšie úrovne sú takmer rovnaké
V dôsledku toho kryštálová štruktúra všetkých
tieto kovy sú tiež blízke
Aspoň jedna modifikácia má BCC
mriežka so všetkými jej funkciami
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
72
73. Hojnosť v zemskej kôre, kryštálová štruktúra a niektoré fyzikálne vlastnosti žiaruvzdorných kovov
hustota,g/cm3
Špecifické
elektrický odpor,
μΩ cm
Teplota
prechod
super vodivý
štát,
TO
Priečne
oddiele
zachytiť
tepelný
neutróny,
stodoly
Kovové
Obsah
V
pozemský
kôra,
%
Typ
kryštalický
mriežky
Zirkónium
0,022
-GP
-OTSK
1852
6,5
42
0,7
0,18
Vanád
0,0150
BCC
1900
6,14
24,8
5,13
4,98
niób
0,0024
BCC
2468
8,58
12,7
9,22
1,15
Tantal
0,00021
BCC
3000
16,65
12,4
4,38
21
Chromium
0,020
BCC
1875
7,19
12,8
-
3,1
molybdén
0,0015
BCC
2625
10,2
5,78
0,9-0,98
2,7
Volfrám
0,0069
BCC
~3400
19,35
5,5
0,05
19,2
rénium
1·10-7
GP
3180
21,02
19,14
1,7
86
Meď
0,007
09.02.2017
Teplota topenia 0 °C
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
73
74. Teplota topenia prechodných kovov troch dlhých období
Maximum Tmelt – pri6 (d+s)-elektrónov
kedy je maximum
sily medziatómových väzbových síl
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
74
75. Chemické vlastnosti Diagramy závislosti rýchlosti oxidácie od času pri konštantnej teplote
Začína okysľovanieSilný
r 400-5000C.
pri t-rah
Dôvody
a lineárne oxidované
-nízka teplota topenia a teplota varu oxidu
(279 a 3630 ° pre Re207, 795 a
14600 С pre MoO3),
- voľná kôra. mriežka, silná
odlišné od kovu
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
75
76. Interakcia s vodíkom a dusíkom
S vodíkom, kovmi skupiny VI a réniomv tuhom stave neinteragujú
Kovy skupiny IV a V sú aktívne
interagujú s vodíkom nad 250-3000C
s tvorbou hydridov
Všetky žiaruvzdorné látky interagujú s dusíkom
kovov, najmä skupiny IV, menej ako ostatného chrómu
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
76
77. Ochranné atmosféry a nátery
Ochranné atmosféry: vákuum, argón,vodík (pre W a Mo)
Získajú sa ochranné nátery
chrómovanie, silikónovanie,
oxidácia (Al2O3, ThO2, ZrO2),
viacvrstvové vákuové nanášanie (Cr,
Si), po ktorej nasleduje difúzia
žíhanie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
77
78. Mechanické vlastnosti 2 hlavné problémy - krehkosť za studena a tepelná odolnosť Teplotné závislosti relatívnej kontrakcie
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
78
79. Povaha chladnej krehkosti bcc kovov
1. Úloha nečistôt, najmä tých, ktoré tvoria roztokyimplementáciu
- obmedzenie rozpustnosti
- segregácia pri dislokáciách
- rovnovážna segregácia na hraniciach
zrná
-tvorba častíc nadbytočných fáz
2. Vplyv dislokačnej štruktúry
3. Vplyv štruktúry zŕn
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
79
80. Rozpustnosť uhlíka, dusíka a kyslíka v žiaruvzdorných kovoch podskupín VA a V1A pri izbovej teplote
KovovéRozpustnosť ▪ 10-4,%
uhlíka
dusík
kyslík
molybdén
0,1 -1
1
1
Volfrám
< 0,1
<0,1
<1
niób
100
200
1000
Tantal
70
1000
200
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
80
81. Schémy štruktúr žiaruvzdorných bcc kovov v rôznych stavoch a – d štruktúr vo svetelnom mikroskope; d – g - dislokačná štruktúra faul
Schémy štruktúr žiaruvzdorných bcc kovov v rôznychštátov
a – d - štruktúry vo svetelnom mikroskope;
d – g - dislokačná štruktúra fólie v elektrónovom mikroskope;
a – stav odliatku; b – deformovaný;
c – rekryštalizovaný stav; d – monokryštál;
e – homogénne rozloženie dislokácií;
e – bunková štruktúra; g – polygonizovaná štruktúra
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
81
82. Schémy zmien teploty krehko-ťažného prechodu žiaruvzdorných kovov (Txr) pri legovaní
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
82
83. Spôsoby zníženia lámavosti za studena
Zníženie koncentrácie nečistôtimplementáciu
Odstránenie hraničnej siete vysokého uhla
Vytvorenie polygonálnej štruktúry
Mletie obilia
Legovanie s réniom a chemicky
aktívnych prvkov
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
83
84. Teplotné závislosti pevnosti v ťahu (a) a špecifickej pevnosti (b) žiaruvzdorných kovov
A09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
b
84
85. Vplyv legovania na tepelnú odolnosť
Spevnenie tuhého roztoku s prísadami,zvyšuje alebo mierne klesá
kovový solidus – základy, t.j. iní
žiaruvzdorné prvky
Fázy - tvrdidlá: najčastejšie karbidy, a
aj nitridy, oxidy, boridy
Spôsoby zavádzania častíc spevňujúcich fáz –
prášková metalurgia,
- technológia „ingotov“.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
85
86. Fázový diagram Ti – Mo
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
86
87. Fázový diagram Mo – W
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
87
88. Fázový diagram Zr – Nb
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
88
89. Schéma návrhu zloženia žiaruvzdorných zliatin na báze kovov „veľkej štvorky“.
Me-báza (Mo, W, Nb, Ta) + rozpustnáprísady na zvýšenie tepelnej odolnosti (napr
rovnaké kovy) a nízka teplota
plasticita (Ti, Zr, Hf, kovy vzácnych zemín) + prísady,
formovacie fázy – posilňovače (C a
iné metaloidy)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
89
90. Teplotné závislosti pevnosti v ťahu volfrámových zliatin
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
90
91.
Dekódovanie kriviek na snímke 94číslo
krivý
Zliatina
Spôsob príjmu
Stav alebo spracovanie
1
100 % W
Prášková metalurgia
Deformovaný plech
2
W 100 % W
-”-
Kovaná tyč
3
W + 10 % Mo
-”-
-”-
4
W + 15 % Mo
Tavenie oblúka
-”-
5
W + 20 % Mo
Tavenie elektrónového lúča
12 050 С, 1 hodina
6
W + 25 % Mo
Prášková metalurgia
Kovaná tyč
7
W + 30 % Mo
Tavenie elektrónového lúča
12 050 С, 1 hodina
8
W + 50 % Mo
Prášková metalurgia
Kovaná tyč
9
W +1%Th02
-”-
-”-
10
W +2%Th02
-”-
-”-
11
W + 0,12 % Zr
Tavenie oblúka
Lisovanie, kovanie
12
W + 0,57 % Nb
-”-
-”-
13
W + 0,88 % Nb
-”-
-”-
14
W + 0,38 % TaC
Prášková metalurgia
Kovanie + 10000С, ½ h
15
W + 1,18 % Нf + 0,086 % С
-”-
Lisovanie, kovanie
16
W + 0,48 % Zr + 0,048 % C
-”-
-”-
17
Zliatina BB2
Tavenie oblúka
-”-
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
91
92. Chemické zloženie a vlastnosti molybdénových zliatin v žíhanom stave
Priemerný obsah, %Teplota
začala
rekryštalizácia, 0С
σв at
1315 0С,
MPa
σ100
pri
1315 0С,
MPa
Značka
zliatina
Ti
Zr
W
Pozn
C
Mo
-
-
-
-
<0.005
1100
150
30
TsM-5
-
0,45
-
-
0,05
1600
360
140
TsM-2A
0,2
0,1
-
-
≤0,004
1300
160 at
1400 0С
65
do 0,6
-
≤0,01
1300
190 at
1400 0С
90 at
1200 0С
-
1,4
0,3
1650
380
265
VM-1
VM-3
09.02.2017
do 0,4 0,15
1
0,45
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
92
93. Chemické zloženie a vlastnosti zliatin nióbu
hustota,g/cm3
Teplota
začala
rekryštalizácia, 0С
Limit
sila v
žíhané
stave
pri 12 000 С
σв, MPa
Skupina
zliatin
Značka
zliatina
Priemerná
obsahu
legovanie
prvky, %
Nízka pevnosť
VN-2
4,5 mes
8,6
1000
190
VN-2A
4 Mo; 0,7 Zr;<0,08C
8,65
1200
240
VN-3
4,6 Mo; 1,4 Zr; 0,12 °C
8,6
1200
250
VN-4
9,5 Mo; 1,5 Zr;
0,3 °C; 0,03 Ce; La
-
1400
2500
Stredná pevnosť
Vysoká pevnosť
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
93
94. Rádioaktívne kovy
95. Plán rezu
Rádioaktívny rozpad a jadrová reťazová reakcia.Jadrový reaktor.
Urán.
Fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti uránu.
Radiačné poškodenie uránu. Radiačný rast
urán.
Plynný opuch uránu a spôsoby boja proti nemu.
Rozmerová nestabilita uránu počas prevádzky reaktora.
Hlavné legujúce prvky.
Uránové zliatiny
Plutónium a jeho zliatiny
Tórium a jeho zliatiny
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
95
96. Zloženie atómových jadier
-23používajú sa rádioaktívne kovy, hlavne U, Pu a Th.
-Jadro pozostáva z nukleónov – kladne nabitých protónov a
neutróny s približne rovnakou hmotnosťou.
-Počet protónov Z (kladný náboj jadra) sa rovná počtu elektrónov.
-Náboj jadra Z sa rovná celkovému počtu protónov (alebo elektrónov)
-Počet nukleónov (hmotnostné číslo) M = Z + N (N – počet neutrónov).
-Mnoho prvkov s jedným Z má niekoľko hodnôt N a M
-Izotopy sú atómy s rovnakým Z, ale rôznym M.
-Nuklony v jadre sú viazané jadrovými silami, o 6 rádov väčšími,
než elektrostatické odpudivé sily protónov.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
96
97. Rozpad a fúzia jadier Keď sa Z zvyšuje, jadrové sily najprv rastú a potom klesajú pre ťažké prvky. Syntéza pľúc a odbúravanie ťažkých
Rozpad a fúzia jadierKeď sa Z zvyšuje, jadrové sily sa najprv zvýšia a potom ťažké
prvky sú znížené.
Syntéza svetla a rozpad ťažkých jadier je sprevádzaný uvoľňovaním veľ
energie.
Stav stability jadra:
M
Z
2
1,98067 0,0149624 M 3
Hromadný defekt spôsobený stratou alebo ziskom energie: m = E/c2,
kde E je množstvo uvoľnenej alebo získanej energie;
c je rýchlosť svetla.
Keď sa v dôsledku fúzie jadier vytvorí 1 kg hélia, v tomto prípade m = 80 g
uvoľnená energia E = 4,47 · 1028 MeV (ako pri spaľovaní 20 000 ton uhlia).
Rozpad jadier ťažkých prvkov tiež produkuje obrovskú energiu (at
rozpad jadier 1 kg U je 8-krát menší ako pri syntéze 1 kg He)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
97
98. Typy rozpadových reakcií jadier rádioaktívnych izotopov (prirodzená rádioaktivita)
1.2.
3.
- rozpad s uvoľňovaním častíc (jadrá hélia s
M = 4 a Z = 2). V tomto prípade sa vytvorí nové jadro.
Napríklad 226Ra88 4 2 + 222Rn86.
Pozitrón alebo + rozpad (pozitrón – 0e+1)
Napríklad 30P15 0e+1 + 30Si14 + 0 0 ,
Kde
- neutrína.
K – zachytiť. Jadro zachytáva elektrón z obalu
jeho atóm (najčastejšie z K-plášťa), ktorý
spája s protónom a vytvára neutrón.
Napríklad 55Fe26 + 0e-1 54Mn25 + 1n0.
Ak je v jadre nadbytok neutrónov, rozpadajú sa: 1n0
1P1 + 0e-1 +0 0.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
98
99. Reakcie pri bombardovaní jadier časticami
Jadrové reakcie - absorpcia bombardujúcich častíc jadramiAk častica nie je absorbovaná jadrom, potom sa hovorí, že je rozptýlená
Ak je častica absorbovaná jadrom, krátkodobá
(<10-16 сек) ядро, превращающееся в другое, испуская одну или
niekoľko častíc
Je možná tvorba „vzrušených“ jadier, ktoré sa uvoľňujú
jeho prebytočnej energie vo forme elektromagnetického žiarenia
Vo všetkých jadrových reakciách zostávajú Z a M nezmenené a v
energia sa uvoľňuje alebo absorbuje v dôsledku reakcie
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
99
100. Efektívny prierez bombardovaných jadier (charakterizuje pravdepodobnosť výskytu jadrovej reakcie)
Efektívny prierezbombardované jadrá (charakterizuje
pravdepodobnosť prechodu nukleárnym jadrom
reakcie)
P = F N d ,
kde P je počet jadrových procesov;
F – počet častíc strely;
d je hrúbka cieľovej fólie;
N – počet jadier.
-Rozmery – stodoly (1 stodola = 10-24 cm2).
-Najlepšie bombardujúce častice sú neutróny, ktoré
možno ľahko získať v reaktoroch a pre ktoré neexistuje
je tam Coulombova bariéra.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
100
101. Diagram závislosti väzbovej energie jadra na 1 nuklid (Q/M) od hmotnostného čísla M
Reakciadivízií
Môže
spravovať
Z jadier
Syntéza
A
(ide
v termonukleárnej oblasti
reakcie) doteraz
nekontrolovateľný
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
101
102. Diagram závislosti % výťažku jadier uránu a tória vzniknutých pri štiepení od hmotnostného čísla M
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
102
103. Jadrová reťazová reakcia
Pri štiepení jadier v dôsledku ich bombardovanianeutróny uvoľňujú energiu a tvoria sa
štiepne neutróny – okamžité (10-15 sek) a
oneskorené (0,114-54,3 s po rozdelení)
■ Výsledné neutróny rozdeľujú ďalšie jadrá,
v dôsledku toho vzniká ešte viac neutrónov a
dochádza k jadrovej reťazovej reakcii spôsobenej
v tom, že namiesto každého strateného v procese
štiepenie neutrónových jadier vzniká v priemere
viac ako jeden neutrón
■ Reťazovú reakciu je možné iba kontrolovať
v dôsledku prítomnosti oneskorených neutrónov
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
103
104. Jadrový reaktor
Jadrový reaktor je zariadenie, v ktoromdochádza k riadenému procesu delenia
jadrá.
Pre nepretržitý prechod reťaze
jadrová štiepna reakcia musí byť kompenzovaná
straty neutrónov - počet neutrónov vytvorených počas
jadrové štiepenie neutrónov sa musí rovnať
alebo viac ako počiatočný počet neutrónov
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
104
105. Schematický diagram najjednoduchšieho jadrového reaktora (s hmotnosťou blízkou kritickej hodnote)
Koeficientreprodukcie
K = f n,
kde je podiel neabsorbovaného
primárne neutróny,
f je podiel neutrónov z podielu, ktorý
spôsobilo rozdelenie
n je počet nových neutrónov,
vznikli počas jedného delenia
K musí byť rovné alebo väčšie
1 (ale trochu - do ~1,01), takže
existoval riadený reťazec
reakciu.
Ak K=2, tak sa to stane
atómový výbuch za 10-6 sekúnd
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
105
106. Schematický diagram heterogénneho jadrového reaktora
1 – uránové tyče (palivové tyče);2 – moderátor (s
minimálne P a atómové
hmotnosť - grafit, Be);
3 – reflektor (vyrobený z materiálov
podobne ako moderátor);
4 – ochrana;
5 – ovládacia tyč
(s veľkým P)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
106
107. Schéma palivovej tyče (prierez)
1 – jadrová tyčpalivo;
2 – vnútorné
škrupina;
3 – vonkajší plášť;
4 – kanál pre
chladiaca kvapalina
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
107
108. URÁN Izotopové zloženie uránu a reakcie pri záchyte neutrónov jadrami 238U
Izotopy uránu:234U
238U
(0,006 %), 235 U (0,712 %), 238 U (99,28 %)
štiepiteľný iba rýchlymi neutrónmi s vysokou energiou. o
interakcia s tepelnými neutrónmi:
+ n 239U92 +
239U 239Np+e
92
93
-1
239Np 239Pu + 0e
93
94
-1
238U
238U
235U
09.02.2017
92
Pri týchto reakciách nedochádza k významnému uvoľňovaniu energie.
je palivovou surovinou na výrobu Pu.
je izotop, ktorý je ľahko štiepiteľný tepelnými neutrónmi
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
108
109. Fyzikálne, chemické vlastnosti a polymorfné premeny v uráne
Teplota topenia uránu je 1132 0C.(bcc) – modifikácia U je stabilná pri ochladení na 764 775
0C.
-fáza (komplexná tetragonálna mriežka) – existuje v
rozsah od 7750 do 665 0С
0
(kosoštvorcová mriežka) – pod 665 C
Prechod β →α nastáva pri silnom poklese objemu
(hustota sa zvyšuje z 18,1 na 19,1 g/cm3), toto
spôsobuje veľké vnútorné napätie
Nízka elektrická a tepelná vodivosť
(= 30 μΩ cm)
■ Vysoká chemická aktivita vo vzduchu (až
samovznietenie prášku), vo vode a mnohých iných médiách, s
slabo interaguje s tekutými kovovými chladivami
- Prírodný urán je prakticky radiačne bezpečný
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
109
110. Vplyv teploty na mechanické vlastnosti uránu valcovaného v oblasti - s následným prudkým ochladením
Vplyv teploty na mechanickévlastnosti uránu valcovaného v – región s
nasleduje prudké ochladenie
Pri izbovej teplote
v čistom (99,95 %)
urán σв=300-500
MPa, = 4-10 %
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
110
111. Zmena tvaru a veľkosti U počas ožarovania a TCO
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
111
112. Radiačné poškodenie - zmeny tvaru a veľkosti tyčí jadrového paliva, zvýšená tvrdosť, krehnutie, tvorba pórov a pod.
Radiačné poškodenie -zmena tvaru a veľkosti tyčí jadrového paliva, zvýšenie
tvrdosť, krehnutie, tvorba pórov a trhlín, drsnosť
povrchy
Dôvody „rastu“ žiarenia:
1) posunutie atómov z rovnovážnych polôh,
2) zavedenie štiepnych produktov do kryštalického
rošt,
3) výskyt „tepelných špičiek“,
4) anizotropia kryštálovej mriežky
Opuch – vysoký opuch plynu
teploty (>400 0С) v dôsledku tvorby pri
štiepenie jadier xenónu a kryptónu
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
112
113. Rozmerová nestabilita v podmienkach viacerých tepelných cyklov
Pozorované, keď existuje silná textúra,eliminuje elimináciu textúry
tvarovanie
Čím väčšie zrno, tým menší rast, ale
povrch sa stáva viac reliéfnym
Štrukturálne zmeny: rekryštalizácia,
polygonizácia, tvorba pórov
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
113
114. Závislosť zmeny dĺžky uránovej tyče od počtu ohrievacích a chladiacich cyklov 100 0С 500 0С 1 – po valcovaní pri 300 0С a žíhaní pri 575 0С;
Závislosť zmeny dĺžky uránovej tyče od číslavykurovacie a chladiace cykly 100 0С 500 0С
1 – po valcovaní pri 300 0С a žíhaní pri 575 0С;
2 – po valcovaní pri 600 0С a žíhaní pri 575 0С; 3 – po valcovaní na 600
0С a kalenie z – kraj
SS
kk
O
r
O
s
T
b
Rýchlosť
rast klesá
S
s oslabením
Komu
textúra
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
114
115. Zliatiny uránu
Zliatiny s α-štruktúrou –nízka zliatina (10-2% Al, Fe, Si),
zliatiny s Mo, Zr, Nb (do 10%) – č
textúry, jemnozrnné, rozptýlené
častice
Zliatiny s γ-štruktúrou (bcc) s Mo, Zr, Nb
(viac ako 10 %) – znížené
tvarovanie, zvýšené
ťažnosť a odolnosť proti korózii
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
115
116. Keramické a disperzné jadrové palivo (NF)
Keramické zlúčeniny YG – U atď.rádioaktívne kovy s metaloidmi (O, C,
N) – získané práškovými metódami
hutníctvo
Dispersed YaG sú kompozity s
diskrétne častice zlúčenín
rádioaktívnych kovov v nerádioaktívnych
matrica (kov, grafit alebo
keramika)
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
116
117. Fázový diagram sústavy U – Mo
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
117
118. Fázový diagram sústavy U – Zr
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
118
119. Plutónium a jeho zliatiny Polymorfizmus plutónia
Polymorfnýtransformácií
v plutóniu
Tpp,
0С
Kryštálová mriežka
alotropný
Pu modifikácie
hustota,
g/cm3
472
- OCC
16,5
450
- zameraný na telo
16
štvoruholníkový
310
- GCC
15,9
218
- zameraný na tvár
17,1
kosoštvorcový
119
- zameraný na telo
17,8
monoklinika
- jednoduchá monoklinika
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
19,8
119
120. Vlastnosti plutónia
■ -Pu – ešte chemicky aktívnejší ako urán,žiarenie nebezpečné v dôsledku - a - žiarenia,
má veľmi vysoký CTE a elektrický odpor
(145 μΩ.cm);
- pevnosť v ťahu 350-400 MPa,<1%.
■ -Pu s mriežkou fcc je plastický, má izotropné vlastnosti,
má kladný teplotný koeficient
elektrický odpor a negatívny TCR;
■ veľké objemové zmeny s polymorf
transformácie;
■ nemožnosť použitia čistého Pu v jadre
reaktory.
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
120
121. Salava plutónium
Zliatiny Pu s Al (na báze Al – disperzný YaG – vrstva 128)Zliatiny prechodných kovov (Zr, Ce, Fe)
Zliatiny Pu-U, Pu-Th a Pu-U-Mo pre reaktory
rýchle neutróny
Fissium – zliatiny U-Pu so zmesou produktov
štiepenie (hlavne Mo a Ru)
Zliatiny Pu s Fe, Ni, Co s nízkou teplotou topenia pre
kvapalné jadrové palivo
■ Zliatiny Pu a Ga – stabilizácia -fázy je silná
znižuje objemové zmeny
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
121
122. Teplotné závislosti zmeny dĺžky Pu a jeho zliatin s Ga
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
122
123. Rozpustnosť niektorých prísad v a modifikáciách Pu
Rozpustnosť niektorých prísad va Pu modifikácie
Fázy
Legovanie
prvok
hliník
13 – 16
12
Zinok
6
3–6
Cerium
24
14
Tórium
4
4–5
titán
4,5
8
Železo
1,4 – 1,5
3
Zirkónium
70 – 72
Plný
Urán
1
Plný
09.02.2017
Vplyv legovania
prvok nadol
hranicu regiónu
Zvyšuje
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
123
124. Fázový diagram sústavy Pu – Al
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
124
125. Fázový diagram sústavy Pu – Zr
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
125
126. Fázový diagram sústavy Pu – U
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
126
127. Fázový diagram sústavy Pu – Fe
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
127
128. Tórium a jeho zliatiny Reakcie premeny 232Th na 233U
Tórium a jeho zliatinyTransformačné reakcie
232
232 tis.+
+
n
90
90
233 Pa
232
na 233U
0e
+
91
-1
233U
92
+e
Technická teplota topenia Th 1690 0C.
Pri 1400 0C sa -Th s mriežkou fcc transformuje na -Th s mriežkou bcc.
Hustota - Th 11,65 g/cm3,
Elektrický odpor 20-30 µOhm cm
KTE 11,7 10-6 deg-1 - niekoľkonásobne menej ako U
Má dobrú ťažnosť a izotropné vlastnosti vďaka fcc
mriežka, ale nízka pevnosť (HV 40-80)
Vysoká tepelná odolnosť
Chemická aktivita nižšia ako u uránu
Najčastejšie sa používa vo forme zliatin s uránom pri zvýšenej
koncentrácia 235U
09.02.2017
Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
128
129. Fázový diagram sústavy Th – U
09.02.2017Kurz „Štruktúra a vlastnosti neželezných kovov a zliatin“
Na obr. Je znázornený fázový diagram Al-Mg. Stredná časť diagramu je zobrazená vo väčšej mierke.
V systéme vznikajú fázy β(Al3Mg2), γ(Al12Mgl7), ζ(Al52Mg48), ε(Al30Mg23). Fázy β a γ sa topia zhodne pri teplotách 453 a 460 °C. Fázy ε a ζ vznikajú peritektickými reakciami pri teplotách 450 a 452 °C.
V systéme sú tri eutektické rovnováhy: Ж ↔Mg+ γ pri teplote 438 °С, Ж ↔(А1) + β pri 450 °С, Ж ↔ε + β pri 448 °С, ako aj dve eutéria ↔ β + ζ pri -428 °C a ζ ↔β + γ pri 410 °C.
Rozpustnosť Mgb (A1) bola študovaná v mnohých prácach.
Rozpustnosť Mg:
% (at.) ......................
% (hmotn.) .............
Maximálna rozpustnosť Mgb (A1) bola stanovená na 16,5 % (at.), ako aj v mnohých iných prácach, kde sa metóda röntgenovej analýzy nepoužila. Údaje o rozpustnosti Al v (Mg) získané v rôznych štúdiách sa tiež líšia. Najpravdepodobnejšie hodnoty sú nasledovné:
Rozpustnosť Al:
% (at.) ......................
% (hmotn.) .............
Zdroje:
- Stavové diagramy binárnych a viaczložkových systémov na báze železa. Bannykh O.A., Budberg P.B., Alisova S.P. a kol., Metalurgia, 1986
- Dvoj- a viaczložkové systémy na báze medi. upravil Shukhardina S.V. Veda, 1979
- Fázové diagramy binárnych kovových systémov vyd. Lyakisheva N.P. Strojárstvo, 1996-2000
Na báze hliníka sa vyrába veľké množstvo rôznych zliatin, ktoré sa vyznačujú nízkou hustotou (do 3 g/cm 3), vysokou odolnosťou proti korózii, tepelnou vodivosťou, elektrickou vodivosťou, tepelnou odolnosťou, pevnosťou a ťažnosťou pri nízkych teplotách a dobrým svetlom odrazivosť. Výrobky z hliníkových zliatin sa dajú ľahko nanášať ochrannými a dekoratívnymi nátermi, dajú sa ľahko spracovávať rezaním a zvárať kontaktným zváraním.
Zliatiny hliníka spolu s hliníkom základného kovu môžu obsahovať jednu alebo viac z piatich hlavných legujúcich zložiek: meď, kremík, horčík, zinok a mangán, ako aj železo, chróm, titán, nikel, kobalt, striebro, lítium, vanád, zirkónium, cín, olovo, kadmium, bizmut atď. Legujúce zložky sa úplne rozpustia v tekutom hliníku pri dostatočne vysokej teplote. Rozpustnosť tuhej látky na vytvorenie tuhého roztoku je obmedzená pre všetky prvky. Nerozpustené častice tvoria buď samostatné, najčastejšie tvrdé a krehké kryštály v štruktúre zliatiny, alebo sú prítomné vo forme čistých prvkov (kremík, cín, olovo, kadmium, bizmut), prípadne vo forme intermetalických zlúčenín s hliníkom ( A2 Cu; 3 Al2 Mg 3 ; Al6Mn; AlMn;
Al Fe; A 7 Cr;Al3Ti; Al2 Al3Ni; 2 Alli). V zliatinách s dvoma
alebo
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Si, Zn , Mg), ternárny [a (AlFeSiα )] a zložitejšie fázy. α Výsledný tuhý roztok a prítomnosť heterogénnych štruktúrnych zložiek určujú fyzikálne, chemické a technologické vlastnosti zliatin. Vplyv legovania na štruktúru zliatin popisuje fázový diagram, ktorý určuje charakter procesu tuhnutia, zloženie výsledných fáz a možnosť rôznych premien v tuhom stave. Na obr. Uvažuje sa 1 - 9 stavových diagramov binárnych a ternárnych zliatin hliníka.θ Zliatina θ ").
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Al-Cu systémy.Si. Diagram ukazuje, že s obsahom medi od 0 do 53%, jednoduchý eutektický systém Al() – Al 2 Cu(θ) s eutektikom pri teplote 548°C a obsahu 33% Cu. Maximálna rozpustnosť (pri eutektickej teplote) medi v -tuhý roztok - 57%. Rozpustnosť medi klesá s klesajúcou teplotou a pri teplote 300°C je 0,5%. Nerozpustená meď je v rovnovážnom stave vo forme fázy A 2 Cu. Pri priemerných teplotách sa v dôsledku rozkladu presýteného tuhého roztoku vytvárajú metastabilné medzifázové fázy (6 "A Al systémy -
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Systém je čisto eutektický, existuje pri teplote 577 °C a obsahu 12,5 % Rozsah obsahu horčíka v zliatine od 0 do 37,5 % je eutektický. Eutektikum existuje pri teplote 449 °C a obsahu 34,5 % Mg . Rozpustnosť horčíka pri tejto teplote je maximálna a je 17,4 %. Pri teplote 300°C in α - tuhý roztok sa rozpúšťa 6,7% Mg; pri 100°С - l ,9 % Mg . Nerozpustený horčík sa najčastejšie nachádza v štruktúre vo formeβ-fáza (Al 3 Mg 2 ).
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Al - Zn systémy. Zliatiny tohto systému tvoria eutektický systém pri teplote 380°C s eutektikom bohatým na zinok s obsahom 97% Zn . Maximálna rozpustnosť zinku v hliníku je 82%. V oblasti α - tuhý roztok má diskontinuitu pod teplotou 391 °C. Obohatené o zinok α -fáza sa pri teplote 275°C rozkladá za vzniku eutektickej zmesi hliníka s 31,6% Zn a zinok s 0,6 % Al. Ďalej rozpustnosť zinku klesá a pri teplote 100°C je len 4%.
Fázové diagramy zliatin Systémy Al-Mn, Al-Fe naznačujú existenciu eutektika pri veľmi nízkych koncentráciách legujúcich prvkov. S výnimkou mangánu je rozpustnosť prvkov v pevnom stave zanedbateľná, napríklad železo< 0,05%.
V zliatinách Systémy Al - Ti (pozri obr. 1.14), Al- C rrozpustnosť prvkov je v desatinách percenta.
IN zliatina Al-Pb systémy Pri znižovaní teploty sa zložky v tavenine oddeľujú za vzniku dvoch kvapalných fáz. Tuhnutie začína takmer pri teplote tavenia hliníka a končí pri teplote tavenia legujúceho prvku (monoeutektická kryštalizácia).
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Systémy Al - Mg - Si pozostáva z dvoch ternárnych eutektík. Ternárne eutektikum Al-Mg 2 Si - Si s obsahom 12 % Si a 5 % Mg , topí sa pri teplote 555°C. Eutektický Al-Mg 2 Si-AlbMg2 s teplotou topenia 451°C sa takmer nelíši od binárneho systému Al - Al 3 Mg2 . Linia likvidu spájajúca oba trojité eutektické body prechádza maximom pri teplote 595°C presne pozdĺž kvázibinárneho úseku (8,15% Mg a 4,75 % Si ). Vďaka nadbytku horčíka (v porovnaní s Mg 2 Si ) rozpustnosť kremíka v α -tuhý roztok je značne znížený. Zliatiny Al-Mg , najmä zlievarenské, obsahujú niekoľko desatín percent kremíka a preto patria do čiastkového systému Al-Mg 2 Si - Al 3 Mg 2 .
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Systémy Al - Cu - Mg. Stavový diagram tohto systému ukazuje, že spolu s dvojitými fázami A 3 mg 2 (β ) a Al2Cu(θ) v rovnováhe s tuhým roztokom α môžu existovať dve ternárne fázy S a T. Po peritektickej transformácii pri vysokom obsahu medi sa vytvorí prierez blízky kvázibinárnemu A l-S (eutektická teplota 518°C) a čiastočná eutektická oblasť Al - S - Al 2 Cu (eutektická teplota 507°C). Fáza T bohatá na horčík ( Al 6 Mg 4 Cu ) vzniká na základe fázy S ako výsledok peritektickej štvorfázovej reakcie pri teplote 467 °C. Pri teplote 450°C nastáva následná peritektická štvorfázová reakcia, pri ktorej sa T fáza transformuje na β.
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Systémy Al - Cu - Si. Fázový diagram zliatiny ukazuje, že hliník tvorí jednoduchý ternárny eutektický parciálny systém s kremíkom a fázou A 2 Cu (eutektická teplota 525 °C). Kombinovaná prítomnosť medi a kremíka neovplyvňuje ich vzájomnú rozpustnosť v α -tuhý roztok.
tri legujúce zložky, intermetalické zlúčeniny sú súčasťou dvojitého ( Systémy Al - Zn - Mg. Dvojité fázy sa podieľajú na konštrukcii hliníkového rohu systému Al 3 Mg 2 , MgZn 2 a trojitú fázu T, zodpovedajúcu priemernému chemickému zloženiu Al 2 Mg 3 Zn 3 . Sekcie Al - MgZn 2 a Al -T zostávajú kvázibinárne (eutektická teplota 447°C). V čiastočnej oblasti Al - T - Zn pri teplote 475°C prebieha peritektická štvorfázová reakcia, pri ktorej sa T fáza transformuje na MgZn 2 . Následne počas štvorfázovej reakcie pri teplote 365°C z fázy MgZn2 pri vysokom obsahu zinku vzniká fáza MgZn 5 , ktorý spolu s hliníkom a zinkom kryštalizuje eutektickou reakciou pri teplote 343°C.
V zliatinách na báze hliníka je legovanie s hlavnými komponentmi zabezpečené tak, že ich celkový obsah je pod maximálnou rozpustnosťou. Výnimkou je kremík, ktorý sa vďaka priaznivým mechanickým vlastnostiam eutektika používa v eutektických a hypereutektických koncentráciách.
Nečistoty a prísady môžu zmeniť fázový diagram len mierne. Tieto prvky sa najčastejšie slabo rozpúšťajú v tuhom roztoku a vytvárajú v štruktúre heterogénne zrazeniny.
V dôsledku neúplného vyrovnania koncentrácie vo vnútri primárnych kryštálov tuhého roztoku hliníka počas jeho tuhnutia sa môžu v štruktúre objaviť eutektické oblasti v koncentrácii pod maximálnou rozpustnosťou, najmä v odliatom stave. Sú umiestnené pozdĺž hraníc primárnych zŕn a narúšajú obrobiteľnosť.
Keďže legovacie prísady sú rozpustené v tuhom roztoku, heterogénne štruktúrne zložky možno eliminovať dlhodobým zahrievaním pri vysokých teplotách (homogenizáciou) difúziou. Počas deformácie za tepla sú krehké precipitáty pozdĺž hraníc zŕn mechanicky zničené a distribuované v štruktúre v režime pruhov. Tento proces je charakteristický pre premenu liatej konštrukcie na deformovanú.
Podľa spôsobu spracovania sa hliníkové zliatiny delia na tvárnené a liate zliatiny.
Analýza získaných výsledkov výberu legujúcich prvkov pre hliník ukazuje, že najväčšie spevnenie poskytuje horčík, pretože je charakterizovaný prítomnosťou dvoch mechanizmov spevnenia - tuhý roztok - vďaka kritériu α (18.9) a tepelným spracovaním. y = 0,57. Zliatiny systému Al-Mn majú vyššiu technologickú ťažnosť a tepelnú odolnosť, keďže kritériá ω a τ sú pre nich najdôležitejšie. – 0,77 a 0,99. Okrem toho je v nich pórovitosť najmenej rozvinutá, pretože hodnota kritéria δ je minimálna. Nie sú však vystavené spevňovaciemu tepelnému spracovaniu ako zliatiny hliníka a horčíka: pre ne γ = 0,96 namiesto 0,57.
Zliatiny systému Al-Si majú maximálnu tekutosť v súlade s definíciou kritéria λ, ich hodnota je najvyššia z uvažovaných legujúcich prísad - 7,3 namiesto 6,5 pre meď a 5,3 pre horčík. Silamíny majú pomerne vysokú tepelnú odolnosť - τ = 0,91, čo je len o niečo menej ako mangán. Ich významnou nevýhodou je nízka technologická plasticita, ω = 0,13, namiesto 0,77 pre mangán a 0,50 pre horčík, a nemožnosť tepelného vytvrdzovania - γ = 0,98.
Zhrnutím vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že hlavnými tvárnenými zliatinami, ktoré nepodliehajú tepelnému spracovaniu, sú zliatiny systému Al-Mn, tepelne vytvrditeľné - Al-Mg, liate zliatiny - Al-Si. Tieto výsledky sú dobre známe a ich hodnota spočíva v tom, že tie, ktoré navrhol B.B. Gulyaevove kritériá pre stavové diagramy odrážajú skutočný stav vecí a môžu sa použiť pri výbere legujúcich prvkov na vytvorenie danej úrovne prevádzkových a technologických vlastností pre všetky základné zliatiny bez výnimky.
4.4.5 Fázové diagramy binárnych hliníkových zliatin
Ako príklad na zvládnutie metodiky výberu legujúcich prvkov a komplexov zliatin na báze hliníka boli použité tie najznámejšie, o ktorých sú informácie široko prezentované v technickej a referenčnej literatúre.
| Obrázok 4.4. Fázový diagram Al-Ga |
 | |
| Obrázok 4.5. Al-Ge fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.6. Al-Li fázový diagram |
 | |
| Obrázok 4.7. Al-Ag fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.8. Al-Cu fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.9. Al-Zn fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.10. Al-Mg fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.11. Al-Mn fázový diagram | |
 | |
| Obrázok 4.12. Al-Si fázový diagram |
Načítava sa...
