Post on 27-Nov-2015
transcript
Aliaje de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor
Dintre aliajele pe bază de aluminiu obţinute prin metalurgia pulberilor, cele mai utilizate sunt
aliajele Al-Al203 cunoscute sub denumirea de aliaje de tip SAP. Aliajele SAP sunt alcătuite
dintr-o matrice de aluminiu în care sunt dispersate particule de Al203. Proporţia de Al203
variază de la 6-9%(SAP1) până la 18-20%(SAP4). Odată cu creşterea conţinutului în Al203
creşte rezistenţa la rupere de la 30-32 daN/mm2, la 44-46 daN/mm2 şi scade alungirea de la 5-
8 la 1,5-2%. Aliajele de tip SAP în comparaţie cu celelalte aliaje de aluminiu au o înaltă
rezistenţă la coroziune şi refractaritate ridicată, sunt utilizate în industria chimică şi
aeronautică.
Tot prin metalurgia pulberilor se pot obţine piese din aliaje a căror elaborare sau deformare
este foarte dificilă. în această categorie sunt cuprinse aliajele de tip SAS, aliaje ale
aluminiului cu: Fe, Si, Ni, Mg, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Be, Sn, Pb. De exemplu, aliajul SAS1 cu
25-30% Si şi 5-7% Ni are coeficient de dilatare mic şi conductibilitate termică scăzută.
Aliajele Al-Zn-Mg-Cu-Fe-Ni-Cr cu 7,5%Zn, 2,5%Mg, 1,1 %Cu, 1,1-2,2%Fe, 1-2,3%Ni şi
0,2%Cr au rezistenţă mecanică ridicată, sunt refractare, au rezistenţă la coroziune ridicată şi
proprietăţi antifricţiune. Prin metalurgia pulberilor se pot obţine şi aliaje ale aluminiului cu
Si02, SiC, B4C, AIPO4. De exemplu, aliajele aluminiului cu bor sau carbură de bor sunt
utilizate pentru obţinerea unor bare moderatoare de la reactoarele nucleare.
Materiale compozite pe bază de aluminiu
Aluminiul şi aliajele sale sunt utilizate şi pentru obţinerea unor materiale compozite. Aceste
materiale se pot obţine prin mai multe metode: solidificarea unidirecţională a aliajelor
eutectice bifazice, cum ar fi AI-NiAI3, CuAI2-AI, Al-Co, Al-Be, includerea unor fibre de bor,
B4C, Be, grafit, Nb, Al203, oţel, Si02, SiC într-o matrice de aluminiu sau aliaje pe bază de
aluminiu; la laminarea multistrat a aluminiului cu cadmiu şi staniu.
Extragerea aluminiului prin electroliza aluminei
Alumina pură, este supusă electrolizei în mediu topit în vederea obţinerii aluminiului.
Alumina dizolvată în criolit topit este supusă acţiunii unui curent electric continuu, la 940-
960°C, fiind descompusă în aluminiu şi oxigen - reacţia generală este:
AI203=2AI+3/202
La catod se va depune aluminiul metalic, iar la anod se degajează 02 care reacţionează cu
anodul. Principalele teorii ale electrolizei aluminiului sunt:
a) elecroliza fluorurii de sodiu cu următoarele reacţii secundare:
- la anod: 6F+AI203—►2AIF3+3/202 sau: 12F+30+2AI203—>3C02+4AIF3 sau: 4F+C
—>CF4
3CF4+2AI203—>3C02+4AIF3
- la catod: 3Na+2AIF3^AI+AIF3*3NaF sau: 6Na+AI203—>2AI+3Na20
3Na20+2AIF3—>AI203+6NaF
b) electroliza fluorurii de aluminiu cu depozit primar de aluminiu la catod şi reacţia
fluorului asupra aluminei la anod;
c) electroliza criolitului disociat în ionii Na+ şi AIF63‘ şi a aluminei parţial disociate în
ionii Al3+ şi AI033';
d) electroliza sodei care există în stare ionizată ca urmare a reacţiei:
AI203+6NaF—>2AIF3+6Na++302'
e) electroliza aluminatului de sodiu format după reacţia:
2AI203+AIF3*3NaF—►2AIF3+3/2AI204Na2 Majoritatea acestor teorii admit formarea
primară a C02 la anod.
Rafinarea aluminiului
Aluminiul obţinut prin electroliza aluminei nu depăşeşte puritatea de 99,5...99,85% Al; el
conţine o serie de impurităţi metalice şi nemetalice; pentru eliminarea acestor impurităţi se
practică rafinarea clorurantă şi cea electrolitică.
Rafinarea clorurantă
Se urmăreşte îndepărtarea magneziului, sodiului, potasiului şi a incluziunilor nemetalice. Prin
creuzetul cu metal topit se barbotează un curent de clor care îndeplineşte funcţii multiple:
separă metalele respective sub formă de cloruri; degazeifică metalul dacă acesta e solubil;
antrenează suspensiile de alumină cu ajutorul clorurii de aluminiu, care rezultă în stare
gazoasă. Spre sfârşitul operaţiei se introduce azot pentru a se răci baia şi a se elimina urmele
de clor care ar putea rămâne în topitură.
Rafinarea electrolitică
Rafinarea se realizează în topitură de fluoruri şi este cunoscută sub denumirea de rafinare
între straturi. Procesul se desfăşoară la 850...920°C, temperatură necesară ca toate cele trei
straturi să fie în întregime topite. La baza celulei de electroliză se introduce topitură de
aluminiu care urmează să fie rafinată prin adaos de cupru (25...35%), acest strat având o
grosime de 60...70mm. Acest electrolit conţine 60%BaCI2, 23%AIF3 şi 17%NaF. Cel de-al
treilea strat este format din aluminiu rafinat în stare lichidă, care se colectează la suprafaţa
băii. Stratul metalic inferior formează anodul, cadodul fiind constituit de stratul superior al
aluminiului rafinat. Curentul este adus prin bare metalice încastrate în zidăria vetrei. Se
lucrează cu curent continuu, de mare intensitate (până la 45 000A), cu o tensiune de 6...7V şi
densitate de curent de 0,5A/cm3.
Sudarea aluminiului şi aliajelor de aluminiu
Procedeul de sudare cu flacără este larg folosit la sudarea aluminiului şi a aliajelor acestuia.
în cazul folosirii unei flăcări puternice se pot produce străpungeri, deoarece aluminiul are o
temperatură de topire mult mai joasă decât aliajele din aluminiu. Pentru sudare se recomandă
ca flacăra să aibă un foarte mic exces de acetilenă (care produce formarea oxidului de
aluminiu). Oxidarea aluminiului influenţează negativ calitatea sudurii şi în general a
produsului din aluminiu sau aliaj de aluminiu.
Pentru sudarea aluminiului se fabrică numeroase mărci de fluxuri pe bază de clorură sau
fluorură de litiu. O compoziţie corespunzătoare cuprinde 79% clorură de potasiu, 16% clorură
de sodiu şi 5% acid de potasiu. Piesele se vor degresa şi decapa complet înainte de sudare pe
o porţiune de 30mm de la marginile tablelor. După sudare tablele trebuie curăţate bine de flux
deoarece fluxurile provoacă coroziuni.
Compoziţia metalului de adaos se stabileşte în funcţie de cea a metalului de bază, după cum
urmează:
vergele de aluminiu pur pentru sudarea construcţiilor electrotehnice (conductoare, contacte);
vergele turnate din aliaj de aluminiu-siliciu pentru sudarea pieselor turnate din aluminiu sau
aluminiu-siliciu; vergele de aluminiu-magneziu şi aluminiu-titan pentru sudarea construcţiilor
din aceste aliaje;
- vergele din aluminiu-cupru pentru sudarea duraluminiului.
în cazul când nu se dispune de material de adaos corespunzător se decupează fâşii din
materialul de bază. Sudarea tablelor cu margini răsfrânte se execută prin metoda spre stânga,
fără oscilaţii transversale. Sudarea cap la cap la grosimi de tablă până la 5 mm se execută tot
spre stânga, însă arzătorul se ţine la început aproape în poziţie verticală până la formarea băii
de sudură. Această metodă poate fi folosită şi la grosimi reduse de material, fără oscilaţii
transversale.
în cazul când în timpul sudurii se produce un defect, se opreşte sudarea, se scobeşte locul
defect şi se reîncepe sudarea pe o lungime redusă a sudurii efectuate, spre a fi siguri că
defectul a fost înlăturat. După răcirea completă, linia de sudură se cură ă şi se spală cu apă
fierbinte. Piesele turnate se sudează cu preîncălzire la 300°C, iar după sudarea completă se
supun unei recoaceri foarte uniforme la temperatură de 500°C, urmate de o răcire foarte lentă.
Sudarea în mediu de gaz protector
Aliajele de aluminiu, în principiu, pot fi sudate în atmosferă protectoare de argon; trebuie însă
să se ţină seama că rezistenţa elementelor sudate se reduce în zona influenţată termic la cea a
metalului de bază în stare moale. Alegerea procedeului se face în funcţie de grosimea tablei
sau a elementelor de sudare.
Procedeele de sudare în atmosferă protectoare au faţă de alte procedee avantajul că pelicula
de oxid este distrusă de efectul de curăţire a arcului. Efectul de curăţire a băii este determinat
de polaritatea curentului. Acest efect are loc numai dacă se sudează în curent continuu, cu
electrodul la polul pozitiv sau în cazul sudării cu curent alternativ. Amorsarea arcului la
sudură în atmosferă inertă este foarte uşoară. Arcul de sudură în argon are, datorită lungimii
şi stabilităţii lui asigurate de ionizarea uşoară a gazelor, avantaje mari faţă de arcul în aer cu
alte gaze.
Acest procedeu mai are marele avantaj că poate fi aplicat la sudarea în orice poziţie. Tablele
până la 2 mm se pot asambla prin răsfrângere şi se sudează fără material de adaos. Cele
cuprinse între 6 şi 10 mm sau cele mai groase se sudează în V, tablele cu grosimea de peste
10 mm se sudează în X sau în U. Pentru evitarea polilor atât tablele cât şi electrozii trebuie să
fie curaţi, lipsiţi de grăsimi şi umezeală.
în vederea sudării, tablele se asamblează pe cât posibil fără prinderi, cu ajutorul dispozitivelor
de prindere în poziţia dorită, ţinându-se seama de dilatări şi contracţii. Tablele până la
grosimea de 4 mm nu trebuie preîncălzite. Sudarea se va începe tot la 50-60 mm de la capătul
tablelor.
în tabelul 1 se dau valorile orientative pentru alegerea caracteristicilor de sudare.
Tabelull.
Valorile caracteristicilor de sudare a tablelor din aliaj de aluminiu
Grosimea
materialelor
,
Intensitatea
curentului,
A
Diametrul
electrodului
,
Debit de
argon, l/m
in
Diametrul
sârmei de
adaos, mm
Viteza de
sudare,
mm/min
1 40-50 1 4-6 - 4002 80-90 1,6 4-5 2 300-2503 120-140 2,4 6-7 2-4 260-3006 220-340 4 8-10 4 200-2508 300-350 4,8 12 4-5 120-140Pentru poziţia verticală sau pe plafon, intensitatea curentului se reduce cu circa 10%.
Sudarea aluminiului şi a aliajelor sale în mediu de argon cu electrod fuzibil se aplică în
sudarea tablelor cu grosimi de peste 4 mm; totdeauna se sudează cu curent continuu legându-
se piesa de polul negativ. Procedeul este foarte potrivit pentru mecanizare şi automatizare.
Productiviatea este foarte mare datorită unei încărcări specifice cu curent mare, cuprinsă între
50 şi 100 A/mm2.
Aliaje de aluminiu pentru turnătorie şi deformabile
Producerea aliajelor de aluminiu este relativ recentă, majoritatea materialelor fiind introduse
în anii 1900. Aliajele de aluminiu care sunt potrivite pentru turnătorie conţin până la 15%
siliciu, plus cantităţi mai mici de metale precum cuprul, fierul, nichelul şi zincul. Printre
articolele turnate din asemenea aliaje uşoare se numără blocurile de cilindri de motor şi
componentele pentru motoare şi fuzelaje de aeronave.
Aliajele de aluminiu potrivite pentru alte procese de modelare precum forjarea, laminarea şi
trefilarea, conţin până la 7% magneziu şi circa 1% mangan. Aliajele foarte puternice de acest
tip, cu o utilizare largă în aviaţie, se obţin cu circa 5% zinc şi cantităţi mai mici de cupru,
magneziu şi mangan.
Duraluminiu
Una dintre cele mai importante descoperiri în evoluţia aliajelor de aluminiu a fost un efect
cunoscut sub numele de durificare prin îmbătrânire. Acesta a fost observat de metalurgul dr.
Alfred Wilm. în 1909, Wilm experimenta cu un aliaj de aluminiu ce conţinea 3,5% cupru şi
0,5% magneziu. El a încercat să facă aliajul să devină mai dur prin forme variate de tratare
termică, inclusiv încălzirea la aproximativ 500°C şi aruncarea ulterioară în apă pentru a se
răci repede.
Efectul imediat al acestui tratament a fost redus, dar după câteva zile Wilm a descoperit că
materialul devenise mult mai dur, deşi nu fusese supus unui tratament ulterior. Motivele nu
au fost imediat înţelese, dar aliajul care a devenit cunoscut sub numele de duraluminiu a fost
curând folosit la dirijabile şi avioane. în prezent, aceste aliaje sunt folosite şi pentru navele
spaţiale. Compoziţia lor variază, dar în mod obişnuit aliajele constau dintr-o bază de aluminiu
cu 3,5%-4,5% cupru, câte 0,4%-0,7%magneziu şi mangan şi până la 0,7% siliciu.
CAP. II. GENERALITĂŢI DESPRE TRATAMENTE TERMICE
TRATAMENTE TERMICE. DEFINIŢIE. CLASIFICARE
Sunt procedee tehnologice care constau în încălziri şi menţineri la anumite
temperaturi urmate de răciri cu viteze determinate, în cursul cărora au loc transformări
structurale ce produc la rândul lor modificări corespunzătoare ale proprietăţilor tehnologice şi
de exploatare ale materialelor metalice.
După proprietăţile pe care le determină, tratamentele termice se clasifică în:
- tratamente termice preliminare (primare, intermediare);
- tratamente termice finale (secundare).
După structura obţinută, tratamentele termice pot conduce la structuri de echilibru (stabile)
—> recoacerile, sau structuri în afară de echilibru (metastabile) —> căliri. La rândul lor,
structurile în afară de echilibru (de călire) pot fi readuse către starea de echilibru prin
tratamentul termic de revenire. în cazul aliajelor călite pentru punerea în soluţie, readucerea
spre echilibru se realizează prin tratamentul termic de îmbătrânire.
De regulă, recoacerile sunt încadrate în grupa tratamentelor termice preliminare, iar călirile şi
revenirile alcătuiesc grupa tratamentelor de îmbunătăţire şi reprezintă tratamente termice
finale.
Tratamentul termic cu ajutorul căruia se modifică intenţionat compoziţia chimică a stratului
superficial este denumit tratament termochimic în cazul metalelor se aplică numai
tratamentul de recoacere, aliajele putând suferi o multitudine de tratamente termice.
Tratamentele termice de recoacere pot fi:
1) fără transformări de fază (recoacerile de detensionare, omogenizare, recristalizare)-,
2) cu transformări de fază (recoaceri pentru remedierea sau regenerarea structurilor
defectuoase şi recoacerile de globulizare).
Călirile sunt tratamente termice care aduc materialul într-o stare în afară de echilibru. Se
aplică pentru creşterea rezistenţei şi a durităţii materialului. Sunt realizate prin încălzirea la
temperaturi ridicate şi apoi răciri rapide în apă, apă cu gheaţă, apă cu saramuri, ulei etc.
Deoarece în urma călirii scade plasticitatea, apar tensiuni interne, este nevoie ulterior de
revenire şi de îmbătrânire, care aduc materialul într-o stare apropiată de echilibru.
Cel mai simplu tratament termic constă în încălzire, menţinere şi răcire, lucru observabil pe o
diagramă temperatura (CT), timp (t), numită diagramă de tratament termic (fig. 2.1).
Nu oricare material (aliaj) poate suferi tratamente termice. Este necesar ca diagrama
de echilibru a aliajului să conţină linii sau curbe solvus (de variaţie de solubilitate şi/sau
transformări polimorfe (alotropice).
Clasificarea aliajelor în funcţie de compoziţie şi din punct de vedere tehnologic pe o
diagramă de echilibru fazic având componentele parţial solubile în stare solidă şi o
transformare eutectică este prezentată în figura 2.2.
Aliajele din domeniul © sunt deformabile şi nu suferă transformări termice (nedurificabile
prin tratament termic).
Aliajele din domeniul © (de sub curba solvus - e-if,) sunt deformabile şi pot fi tratate termic
(durificabile prin tratament termic).
Aliajele din domeniul ® sunt aliaje de turnătorie (având temperaturile de topire cele mai
scăzute).
CAP. III. TRATAMENTE TERMICE APLICATE ALIAJELOR DE ALUMINIU
RECOACEREA DE STABILIZARE
Pentru piese de precizie se practică aplicarea de tratamente de stabilizare înaintea
prelucrărilor prin aşchiere Tratamentul de stabilizare constă în încălzirea pieselor la
temperaturi de 200-f300°C, cu menţineri cuprinse între 2 şi 3 ore, urmate de răcire în aer.
Pentru aliaje ATMg3S; ATMgIO stabilizarea dimensională se realizează prin încălzire la
350°C cu menţineri de 2 ore în cazul pieselor turnate sub presiune, tratamentele de stabilizare
se fac la temperaturi sub 200°C.
Adesea, stabilizarea se combină cu tratamente de călire pentru punere în soluţie
pentru îmbunătăţirea proprietăţilor de rezistenţă (de exemplu, pistoane pentru motoare cu
ardere internă).
Când se aplică după tratamentele de îmbătrânire naturală sau artificală, tratamentele
de stabilizare previn creşterea prea mare a durităţii.
Stabilizarea totală necesită în general, temperaturi mai ridicate, răcire controlată până la
temperaturi mai joase şi un timp de menţinere suficient de îndelungat de ordinul orelor.
RECOACEREA DE ÎNMUIERE
Se aplică pieselor turnate din aliaje de aluminiu, la temperaturi de 350-^450°C, pe
durata mai multor ore, urmată de răcire lentă.
Chiar şi în cazul aliajelor durificate prin precipitare se manifestă efecte de înmuiere.
Se aplică relativ rar în vederea nituirii pieselor sau pentru asigurarea unei stabilităţi
structurale şi dimensionale ori pentru obţinerea unei conductibilităţi electrice cât mai mari.
De menţionat că aliajele de turnătorie clasice sunt nedeformabile la temperaturi de 400-
r450°C.
RECOACEREA DE DETENSIONARE
Se aplică pieselor turnate din aliaje de aluminiu în scopul eliminării tensiunilor interne
care apar la solidificarea rapidă, călirea pentru punere în soluţie sau prelucrarea mecanică.
Datorită tensiunilor interne sunt posibile modificări de formă şi dimensiuni ale pieselor.
Tensiunile interne care apar în cursul procesului de solidificare pot fi evitate încă din
stadiul de proiectare a piesei, printr-o echilibrare dimensională judicioasă. în cazul tensiunilor
care apar la prelucrarea mecanică trebuie aplicate unele măsuri ca: adâncimi reduse de
aşchiere, perioade prelungite de aşteptare între operaţiile de aşchiere etc.
Cu toate aceste măsuri, la piesele de înaltă precizie în funcţionare, trebuie aplicate
tratamente termice de detensionare, care constau din încălziri cuprinse între 200 şi 300°C cu
durate de menţinere de mai multe ore, urmate de răcire înceată în cuptor sau aer liniştit.
Procesul de detensionare este cu atât mai activ cu cât temperatura şi durata tratamentului
termic sunt mai mari; totuşi, în alegerea acestor parametri trebuie să se ţină seama şi de
modificarea caracteristicilor mecanice şi de capacitatea de prelucrare prin aşchiere, care sunt
influenţate de tratamentul termic. Detensionarea trebuie efectuată adesea înaintea prelucrării
prin aşchiere, însă va fi aplicată, în mod obligatoriu, înaintea ultimelor prelucrări prin
finisare, având în vedere că aceste operaţii sunt legate de o deformare permanentă.
în cazul aliajelor de aluminiu deformabile, durificabile prin precipitare, tratamentele de
recoacere care urmăresc să corecteze numai efectele de tensiuni interne remanente, obţinute
prin ecruisare, sunt denumite recoaceri de detensionare. Temperaturile de recoacere nu
trebuie să depăşească 345°C, asigurând în acest mod numai o revenire şi o recristalizare
parţială. Deşi recoacerea de detensionare poate produce în unele aliaje o recristalizare totală,
ea nu poate stabiliza structural aliajul, aşa cum se obţine printr-o recoacere completă.
RECOACEREA DE OMOGENIZARE
Recoacerea de omogenizare este tratamentul termic primar aplicat barelor sau plăcilor turnate
din aliaje de aluminiu înaintea deformării plastice la cald sau la rece (extrudare- tragere,
laminare, forjare). Omogenizarea are ca scop îmbătrânirea structurii dendritice rezultate la
turnare şi obţinerea unei faze omogene care să înlesenească transformările ulterioare la cald şi
obţinerea caracteristicilor mecanice prescrise.
în figura 3.1 A şi B sunt prezentate fazele de echilibru a) sau în afară de echilibru b) rezultate
în urma solidificării unui aliaj de aluminiu (fig. 3.1.A) sau a solidificării unui aliaj tip soluţie
solidă (fig. 3.1.B). Liniile întrerupte din diagramă corespund solidificării în afară de
echilibru.
în ambele situaţii, în urma solidificării în condiţii practice (industriale) cu viteză relativ mare
va rezulta o structură în afară de echilibru tip soluţie solidă neomogenă, dendritică, iar la
solidificarea lentă, în condiţii de echilibru, o structură tip soluţie solidă omogenă. Se poate
trece de la o structură tip soluţie neomogenă la o structură tip soluţie solidă omogenă printr-o
încălzire a materialului (recoacere de omogenizare) în cursul căreia are loc o omogenizare
prin difuzie a structurii (în anexa 6 sunt prezentate date privind difuzia în metale şi aliaje).
în cazul aliajelor de aluminiu, diagrama de echilibru este cu transformare eutectică; în cazul
apariţiei structurii de neechilibru în afara soluţiei solide neomogene dendritice apare şi
eutectic interdendritic.
în ambele cazuri A) şi B) pentru cele două tipuri de diagrame, la solidificarea în afară de
echilibru liniile din diagramă se mută mai la stânga şi în jos, solidificarea realizându-se la
temperaturi mai scăzute şi la concentraţii mai mici de element de aliere.
Condiţiile tratamentului termic de recoacere de omogenizare (regimul termic) pentru aliaje de
aluminiu deformabile sunt prezentate în tabelul 3.1.
Tabel 3.1.
Condiţiile de tratament termic de omogenizare pentru aliaje de aluminiu deformabile.
Tip aliaj
Regim recoacere de omogenizare
T
[°C] [h]Răcire
Aliaje deformabileAl-Mg-Si-Cu 470 12-36 aerAl-Cu-Mg-Mi 500
Duraluminiu 490 8-26 aer500
Al-Zn-Mg-Cu 440 12-24 aer470
*Tr. cmog = (0,70 — 0,90)Ttor [K]
unde T, 0mog. ~ temperatura recoacerii de omogenizare;
T,0p - temperatura de topire;
tm - menţinere la temperatura de tratament.
Pentru aliajele de aluminiu deformabile astfel de tratamente de recoacere, pentru corectarea
structurilor brute din turnare, folosesc încălzirea de 2...4 ore la temperaturi de
f) .345°C pentru eliminarea tensiunilor interne reziduale, omogenizarea compoziţiei
chimice şi precipitarea fazelor reţinute în soluţia solidă, în condiţiile de turnare.
Neutilizarea tratamentului de recoacere de omogenizare în cazul structurilor brut turnate
conduce la următoarele consecinţe:
g) creează instabilitatea structurală, datorită faptului că structurile brute turnate, cu
miscrosegregaţii şi eutectic intergranular sunt în sferă de echilibru termic şi structural, în
timpul încălzirilor tehnologice sau solicitărilor în fluaj se produce fragilitatea, instabilitatea
dimensională şi scăderea caracteristicilor mecanice;
h) micşorează stabilitatea la coroziune, determinată de faptul că diferenţele de
compoziţie chimică între ramurile dendritice sau între grăunţii de soluţie solidă şi eutectic
conduc la formarea de micropile galvanice care accelerează coroziunea electrochimică. Acest
efect este deosebit de dăunător în cazul aliajului Al-Mg;
i) neomogenitatea compoziţiei chimice şi a repartiţiei tensiunilor interne datorită
solidificării nedirijate a lingourilor conduce la neuniformitatea structurală şi a proprietăţilor
fizico-mecanice şi chimice, ceea ce creează dificultăţi pentru procesle tehnologice ulterioare
de prelucrări plastice şi termice.
RECOACEREA DE RECRISTALIZARE
Aluminiul şi aliajele sale se ecruisează mai lent decât aliajele de cupru.
Scăderea deformabilităţii este accentuată de creşţerea gradului de deformare, deoarece
alungirea se reduce de la 25-f30% la 10% (după deformare de 15%).
în cazul Alpur (99,99%), temperatura de recristalizare Trecrisf= 100°C.
Pentru Altehnic (99.99%) Trecns(=350-^450°C .
RECOACEREA DE RECRISTALIZARE A ALIAJELOR DE ALUMINIU
DEFORMABILE
Intervalul temperaturilor de recristalizare este suprapus intervalului în care au loc
transformările în stare solidă.Încălzirea pentru recoacerea de recristalizare duce iniţial la
înmuiere (începând de la Trecr). La creşterea temperaturii începe îmbătrânirea prin precipitarea
fazelor intermediare şi creşterea durităţii (fig. 3.2).
PRESS-EFECTUL LA ALIAJE DE ALUMINIU DEFORMABILE
Press-efectul la aliaje de aluminiu deformabile constă în obţinerea unei rezistenţe mecanice
cu 30% mai mari la produsele extrudate în comparaţie cu cele obţinute prin laminare sau
forjare.
Efectul se constată când 7câ„re < Trgcristali2.are (când soluţia solidă obţinută prin călire este practic
nerecristalizată).
La aliaje de aluminiu complexe (avial, durai, zicral) care conţin şi adaosuri de mangan, crom,
zirconiu, temperatura de recristalizare după extruziune depăşeşte 450-500°C, astfel încât
press-efectul este pronunţat.
Press-efectul conferă produselor călite şi îmbătrânite o puternică anizotropie, datorită texturii
de deformare, adică proprietăţile de rezistenţă în lungul direcţiei longitudinale sunt de 1,3 ori
mai mari decât în direcţia transversală.
Press-efectul poate fi înlăturat în condiţiile:
- când lingourile sunt supuse recoacerii de omogenizare combinată cu încălzirea în
vederea deformării la cald;
- când durata menţinerii la călire este îndelungată;
- când folosim Tlmb. anu. ridicată;
- când Tex,ruziune este prea coborâtă.
i) TRATAMENTE TERMICE APLICATE ALIAJELOR DE ALUMINIU
DEFORMABILE
Sunt două categorii de aliaje de aluminiu deformabile: nedurificabile prin tratament termic
(Al-Mn, Al-Mg, Al-Mn-Mg) şi durificabile prin tratament termic (Al-Cu-Mg şi Al-Mg-Si).
Din cadrul celei de-a doua categorii, un aliaj reprezentativ este duraluminiul
AICu4Mg1,5Mn.
i) MECANISMUL DURIFICĂRII PRIN PRECIPITARE
La temperatura camerei în soluţie solidă suprasaturată se produc procese de difuzie a
cuprului, care conduc la concentrarea cuprului pe anumite plane cristaline ale reţelei de
aluminiu (concentrări ce se apropie de conţinutul de cupru din compusul AI2Cu). Aceste zone
de concentrări în cupru au dimensiuni foarte mici (submicroscopice) şi se numesc zone
Guinier-Preston. Zonele G-P denumite astfel după numele celor doi cercetători ce le-au pus în
evidenţă în aliaje Al-Cu prin difracţia razelor X, reprezintă rearanjamente ce duc la grupări de
atomi în interiorul reţelei cristaline a soluţiei solide suprasaturate. Grosimea lor e de ordinul
câtorva diametre atomice (lăţimea 20-^25 diametre atomice), (G-P I).
aliaje
lamelară - Durai
Morfologia zonelor G-P
aciculară - Avial
lenticulară - Zicral
Zonele G-P sunt legate coerent de reţeaua cristalină a soluţiei solide a, ceea ce duce la
tensiuni interne, deformări. Efectul de durificare produs de zonele G-P este datorat tocmai
distorsionării cristaline a soluţiei solide a.
i) CONDIŢII TEHNICE
j
In timpul încălzirii şi răcirii în vederea călirii pentru punerea în soluţie au loc următoarele
procese distincte:
dizolvarea cristalelor de fază secundară în soluţia solidă, la depăşirea temperaturii ce
marchează linia de variaţie a solubilităţii;
- omogenizarea chimică a soluţiei solide;
subrăcirea soluţiei solide şi obţinerea stării de suprasaturare prin subrăcire.
Alegerea parametrilor tehnologici se face în funcţie de compoziţia aliajului, folosindu-se în
acest scop diagrama de echilibru a aliajului sau unele prescripţii din STAS.
Pentru un aliaj din sistemul Al-Cu cu 4,5% Cu, domeniul de încălzire şi modificările
structurale la călirea de punere în soluţie şi îmbătrânire sunt prezentate în figura 3.5.
Regimul termic la călirea de punere în soluţie, cât şi la îmbătrânire, este regimul de
temperatură constantă, astfel încât durata de încălzire se calculează cu relaţiile specifice
acestui regim.
Dată fiind diversitatea mare a aliajelor şi produselor supuse acestor tratamente termice şi a
temperaturilor de tratament termic nu prea înalte, se folosesc utilaje de încălzire cât mai
diverse.
La aliajele de turnătorie (mai ales la piesele turnate în cochilie), călirea nu este întotdeauna
obligatorie, deoarece se obţin structuri de călire, necesitând numai îmbătrânire.
Normele de aviaţie au adoptat simbolizarea stărilor tehnologice stabilită de American
National Standard (ANSI H35.1) care cuprinde următoarele simboluri:
F - indică starea de semifabricat produs prin turnare, deformare la cald sau rece, pentru care
nu se impun condiţii speciale de control asupra condiţiilor de prelucrare plastică şi termică.
Caracteristicile mecanice nu sunt limitative;
O - indică starea de recoacere a produselor prelucrate prin deformare care sunt supuse
tratamentelor de recoacere pentru a se obţine starea cea mai plastică sau produsele turnate
pentru a le conferi ductilitate şi stabilitate dimensională;
H - indică starea de durificare (durificare mecanică) caracteristică numai produselor care au
fost deformate plastic cu sau fără tratamente termice suplimentare, în vederea asigurării unei
reduceri a ridigităţii.
în conformitate cu prevederile STAS 7608-71 sau STAS 201-71, tratamentele de durificare
aplicate diferitelor aliaje deformabile sau turnate sunt simbolizate astfel: TA - fără călire, dar
cu îmbătrânire naturală, TB - călire şi îmbătrânire naturală, TE - fără călire, dar cu
îmbătrânire artificală, TF - călire şi îmbătrânire artificială.
Astfel, datorită complexităţii compoziţiei chimice şi stării structurale, temperatura de
încălzire trebuie stabilită cu foarte mare precizie şi menţinută în limite foarte strânse (±3°C)
pentru a evita topirea unor eutectice de compuşi definiţi care se formează în aceste aliaje (se
utilizează cuptoare prevăzute cu ventilatoare pentru recircularea aerului, băi de săruri etc.).
Temperatura de încălzire în vederea călirii se stabileşte în funcţie de temperatura la care
începe topirea; se alege ca temperatură de încălzire 495-510°C pentru un aliaj care se topesţe
la 514°C şi 495-505°C pentru cel care se topeşte la 510°C.
Durata de menţinere la încălzire pentru călire depinde de natura, mărimea şi gradul de
dispersie al fazelor ce trebuie să fie dizolvate, precum şi de tipul cuptorului folosit. Aliajele
de turnătorie trebuie menţinute mai mult decât cele deformate plastic, deoarece fazele
separate la solidificare sunt mai grosolane.
în tabelul 3.2 se prezintă duratele de menţinere la călirea aliajelor de aluminiu deformabile.
Răcirea la călire trebuie să se execute cu viteză mare (minimum 100°C/s) mai ales în
intervalul 400-250°C care favorizează separarea fazelor secundare. Durata de trecere din
cuptor în bazin nu trebuie să depăşească 5 s pentru produsele cu grosimi sub 1 mm, 10 s
pentru 1-5 mm, respectiv 15 s pentru piesele mai groase. în mod curent, răcirea se face în apă
obişnuită, întrucât aliajele fiind plastice nu există pericolul fisurării acestora din cauza
tensiunilor de răcire.
Duratele de menţinere la călirea aliajelor de aluminiu deformabile
Tipul
produsului
Grosimea minimă în
secţiunea maximă;
Durata de menţinere, minCuptor electric Baie de sare
Plăci, table, 0,25 20-25 10-15benzi, sârme 0,50 20-30 10-20
0,6-0,8 25-35 15-251,0-1,5 30-40 20-301,7-2,4 35-45 25-352,5-2,4 40-55 30-454,0-4,5 50-60 35-455,0 55-65 35-45
Bare, profile, 5,0-10 65-75 45-55piese forjate şi Pentru fiecare 10 mm
înextrudate plus se adaugă: +25 min/10 mm +15 min/10 mm
Nituri 2-5 - 206-10 - 30
Ţevi Grosime perete 2 3 20-30
40
15
15
Stabilirea parametrilor de îmbătrânire naturală sau artificială se face cu ajutorul diagramelor
de variaţie a caracteristicilor mecanice, în funcţie de temperatura şi durata de menţinere (fig.
3.7). în comparaţie cu îmbătrânirea naturală, prin îmbătrânirea artificială se obţin valori mai
mari pentru limita de curgere şi rezistenţa de rupere şi mai mici pentru alungirea specifică.
Unele aliaje îmbătrânite natural (în mod deosebit duraluminurile) pot fi înmuiate pentru o
durată de câteva ore prin tratamentul de reversiune, care constă din încălzirea la 230-250°C
timp de 1-2 min; în cursul acestei încălziri, precipitatele de faze intermediare (metastabile) se
redizolvă şi aliajul esre readus la stare de călire (moale), ceea ce permite executarea unor
operaţii de prelucrare plastică la rece sau îndreptare. Reversiunea se poate executa de 3 ori,
dar de fiecare dată aliajul reîmbătrâneşte natural la durităţi mai ridicate, ceea ce îi micşorează
capacitatea de deformare plastică.
În tabelul 3.4 sunt prezentati parametrii tratamentelor termice recomandaţi pentru aliajul
duralumin (durai).
Tabel 3.3.
Regimurile de călire şi îmbătrânire are unor aliaje de aluminiu turnate în piese
Compoziţia
chimică
Tip Regimul de călire îmbătrânire Fazatrat.
term.
Temp.
°C
Menţiner
e
Mediul de
răcire
Temp.
°C
Menţiner
e
durifica-
toare3,75-4,5% Cu T5 515±5 2-4 Apă la 50- 220±10 2-4 AI2MgCu1,25-1,75%
Mg
100°C sau1,75-2,25%
Ni
aer
4,0-6,0% Si T1 - - - 180±5 5 CuAI1,5-3,5%Cu T5 525±5 4-6 Apă 50- 180±5 5 Mg2Si0,2-0,8%Mg T7 525±5 4-6 100°C 230±5 50,2-0,8% Mn T8 500±5 5-6 330 3
8,0-10,5%Si T1 - - - 170±5 15 Mg2Si0,17-0,3% MgT6 535±5 2-6 Apă 50- 170±5 150,25-0,5% Mn 100°C
4,0-5,0% Cu T4 515±5 10-15 Apă 80- - - CUAI2
T5 515±5 10-15 100°C 150±5 3-5
9-11% Cu T6 510±5 12 Apă 80-
100°C
175±10 7-14 CUAI2
9,5-11,5% MgT4 435±5 8-15 Apă 80-
100°C sau
ulei
Mg5AI8
6,0-8,0% Si T4 535±5 6-12 Apă 50- - - Mg2Si135±5 2-6 100°C 160±10 1-8
6,0-8,0% Si T1 - - - 230±5 8 CUAI2
1,5-3,0% Cu T5 515±5 5-12 Apă 80- 150±5 8 Mg2Si0,2-0,6% Mg T7 515±5 5-12 100°C 230±5 80,2-0,6% Mn
4,5-5,3% Cu T4 530±5 7-9 Apă 90- - - -0,6-1,0% Mn 100°C0,25-0,45% Ti
Tratamente termice recomandate pentru aliajul AICu4MgMn
Stare Temperatura de
încălzire
Timp de
menţinereRăcire Denumire t.t.
0 390-430°C 2-3 h aer Recoacerea de
recristalizare
TB490-510°C 10-60 min. apă rece Călire de punere
în soluţie20°C 5 zile aer îmbătrânire
naturalăi) PRACTICA TRATAMENTELOR TERMICE
i) PUNEREA ÎN SOLUŢIE (CĂLIREA DE PUNERE ÎN SOLUŢIE)
Este tratamentul termic aplicat aliajelor de aluminiu susceptibile de durificare structurală şi
cuprinde două faze distincte:
- punerea în soluţie prin încălzire la temperaturi în domeniul 430-550°C în funcţie de
natura aliajului şi menţinere la această temperatură pentru dizolvarea completă a tuturor
fazelor din aliaj;
- răcirea bruscă, de obicei în apă sau în alte medii de răcire în funcţie de natura
aliajului şi de grosimea semifabricatului respectiv.
3) ÎNCĂLZIREA Şl MENŢINEREA
Tratamentul de punere în soluţie se execută la temperaturi situate imediat sub punctul de
topire cel mai coborât al unei faze prezente în structura aliajului în cauză. în timpul încălzirii
de punere în soluţie, anumite elemente sau faze din aliajul de aluminiu fiind mult mai solubile
la cald decât la rece sunt dizolvate în soluţia solidă de bază.
Prin răcirea bruscă ulterioară, elementele dizolvate pot fi menţinute un anumit timp în soluţia
solidă care devine suprasaturată în raport cu starea de echilibru. Principalii factori care
trebuie luaţi în considere la executarea tratamentului de punere în soluţie sunt:
- temperatura, în funcţie de compoziţia chimică a aliajului a cărei valoare optimă
trebuie respectată cu precizie de ± 5°C;
viteza de încălzire şi durata de menţinere care depind de compoziţie, modul de elaborare,
starea de omogenitate, grosimea semifabricatului sau piesei, mărimea de grăunte, mediul de
încălzire; de notat că o a doua punere în soluţie a unui acelaşi produs este mai rapidă decât
prima, dar conduce la scăderea caracteristicilor mecanice;
influenţa sa asupra mărimii de grăunte corelată cu eventualele operaţii anterioare de
deformare la rece (deformările apropiate de valoarea critică de ecruisare produc creşteri de
grăunţi exagerate);
- difuzia de cupru în stratul de placare la table şi benzi placate.
3.7.1.2 . RĂCIREA
Viteza critică de călire
Parametrul important care controlează această fază tehnologică este "viteza critică de călire".
Dacă răcirea este prea lentă are loc o precipitare grosieră şi neomogenă de faze care nu mai
contribuie la "durificarea structurală”. Există pentru fiecare aliaj o viteză critică de călire sau
viteză de răcire minimă care conduce la formarea soluţiei solide suprasaturate şi care mai
apoi depinde şi de grosimea semifabricatului sau piesei, ceea ce explică diferenţa dintre
valorile caracteristicilor mecanice la produsele subţiri şi groase.
Călirea propriu-zisă sau răcirea bruscă executată
imediat după punerea în soluţie
în starea "proaspătă de călire” materialul metalic - în funcţie de aliaj - este uşor prelucrabil
prin deformare la rece timp de circa 2 ore. Această proprietate poate fi menţinută un interval
mai mare de timp prin depozitare la temperaturi coborâte. în această stare proaspătă de călire
se recomandă execuţia relaxării.
Tensiunile interne (datorate tratamentului termic)
Gradientele termice dezvoltate în timpul răcirii, în special în timpul răcirii la semifabricatele
groase (bare, plăci şi forjate) precum şi piesele masive conduc la formarea de tensiuni interne
mai ales la nivel macroscopic (de volum). Tensiunile elastice sunt de compresie la suprafaţă
şi de întindere în interior (invers faţă de produsele deformate la rece prin laminare).
Dacă dispunerea unor zone de compresie la suprafaţa pieselor nu este defavorabilă pieselor
solicitate la oboseală, prezenţa unui nivel ridicat de tensiuni interne produce dificultăţi
tehnologice de prelucrare şi montare, datorită instabilităţii dimensionale în timpul şi după
prelucrarea prin aşchiere care poate duce şi la ruperea materialelor mai puţin ductile.
Alte inconveniente legate de prezenţa tensiunilor interne în semifabricatele şi piesele din
aliaje de aluminiu de mare rezistenţă:
j) riscul coroziunii sub tensiune;
k) riscul de rupere prematură în serviciu.
Mijloace de combatere sau reducere a tensiunilor interne şi a efectelor lor:
deformări plastice la rece - de preferinţă pe materiale în stare proaspătă de punere în soluţie -
când prin alungiri sau comprimări cu deformări permanente de circa 2% se produce o
relaxare de compensare omogenă;
prelucrări prin aşchiere, înainte de tratamentul de punere în soluţie, direct pe materiale
recoapte urmate de prelucrarea de finisare pe câteva zecimi de milimetru sau ceva mai mult
după punerea în soluţie a piesei;
prelucrările să se execute cât mai simetric posibil, eventual simultan pe două feţe opuse;
tratamente termice după punerea în soluţie cum este cazul călirii inverse (procedeele ALCOA
şi PECHINEY);
relaxări (sau detensionări) parţiale prin reveniri la 180oC-200°C (aşa - numitele stabilizări
termice);
tratamente termo-mecanice (cicluri termice, eventual repetate, cu bridări corespunzătoare ale
pieselor astfel ca prin jocul dilatărilor şi contracţiilor să se realizeze relaxări mai mult sau mai
puţin importante);
căliri atenuate în apă caldă, apă fierbinte, ulei, în special la piese de formă complicată cu
variaţii mari în secţiune; această metodă este utilizată în special la semifabricatele din aliajul
3640; călirea slabă permite prelucrarea fără deformări, dar implică o a doua punere în soluţie
după prelucrare pentru a obţine caracteristicile mecanice dorite; călirea în apă caldă creşte
susceptibilitatea la coroziunea intercristalină.
- DURATA MAXIMĂ DE TRANSFER
Durata de transfer a piesei de la cuptorul de încălzire pentru punere în soluţie la baia de călire
trebuie să fie cât mai scurtă pentru a evita precipitările rapide din intervalul 400-250°C care
conduc la scăderea caracteristicilor mecanice. De acest factor trebuie să se ţină seamă în
special la produsele subţiri, table, benzi. Indiferent de modul în care se face transportul
pieselor, manual sau mecanic, durata de transfer maximă este timpul scurs între deschiderea
uşii cuptorului sau din momentul în care iese la suprafaţă din baia de sare primul colţ al piesei
sau al partidei de călire şi până la scufundarea completă ori dispariţia ultimului colţ de piesă
sau partidă în baia de călire cu apă, soluţie apoasă, gaz lichefiat, ulei. Durata de transfer
maximă admisă sau "aşteptarea pentru călire" variază cu temperatura şi starea de agitare a
aerului înconjurător, cu masa şi coeficientul de emisivitate a piesei sau partidei de călire.
k) ÎMBĂTRÂNIREA NATURALĂ SAU MATURAREA
Este procesul de durificare structurală la temperatura ambiantă însoţit de îmbunătăţirea
sensibilă a caracteristicilor mecanice a semifabricatelor şi pieselor călite. în decursul acestei
transformări, suprasaturarea aluminiului în elemente de aliere scade prin formarea unor zone
de precipitări sau de regrupări submicroscopice de atomi dizolvaţi (de exemplu atomii de
cupru din aliajul de tip duraluminiu) numite şi zone Guinier-Preston. Aceste zone de
precipitare au structura cristalografică foarte apropiată de a matricei de metal solvent
(aluminiu), fiind coerente cu ea, dar cu distorsiuni elastice, producând astfel durificarea
aliajului (numărul, dimensiunile, forma şi cinetica de creştere a precipitatului diferă de la un
aliaj la altul).
La orice piesă de aviaţie obţinută din semifabricate prin folosirea de către constructorul de
avioane a tratamentului termic de punere în soluţie - călire - îmbătrânire naturală, starea
materialului se notează cu T42, caracteristicile mecanice înregistrând o scădere comparativ cu
stările iniţiale T3 şi T4. Din această cauză, repetarea acestui tratament termic se limitează
conform instrucţiunilor prescrise.
îmbătrânirea sau maturarea este cu atât mai rapidă cu cât temperatura ambiantă este mai
ridicată şi practic nu se mai produce dacă metalul este menţinut la temperaturi suficient de
joase în frigidere speciale.
k) ÎMBĂTRÂNIREA ARTIFICIALĂ
îmbătrânirea artificială este tratamentul termic aplicat după călirea pentru punere în soluţie
care constă în încălziri la 110-200°C pe durate de 6-25 ore, condiţiile de temperatură- timp
depinzând de natura aliajului şi de caracteristicile fizico-mecanice urmărite. Potrivit acestor
condiţii de încălzire, în aliajul de aluminiu durificabil au loc precipitări de faze diferite.
Astfel, în cazul aliajelor de aluminiu-cupru se produc următoarele precipitări de faze: la
temperaturi sub 130°C se constată apariţia zonelor Guinier-Preston;
- la temperaturi de 165°C se mai constată zonele Guinier-Preston, iar în a doua etapă faza
metastabilă 0’ având dimensiunile de 500 x 500 x 50 Â, fază de asemenea coerentă cu
matricea metalică cu deformaţii elastice puternice ale soluţiei solide în vecinătatea
precipitatelor respective. în aceste zone puternic perturbate, dislocaţiile se produc şi trec
foarte greu, ceea ce explică durificarea care are loc; la temperaturi de peste 220°C şi durate
mai lungi apare faza de precipitare 0” de 1 x 1 x 500 Â care nu mai este coerentă cu matricea
metalică; dislocaţiile se deplasează mai uşor fiind în concordanţă cu tendinţa de înmuiere a
materialului; la temperaturi de ordinul a 300°C şi la durate lungi de menţinere apare faza de
echilibru 0 (AI2Cu) cu dimensiunile cuprinse în intervalul de la câteva sutimi de milimetri la
câteva zecimi de milimetri. Coalescenţa fazei precipitate duce la înmuierea generală a
aliajului. Prin tratamentul termic de îmbătrânire artificială executat corect se obţine o creştere
maximă a rezistenţei şi o scădere a alungirii; la temperaturi mai ridicate, rezistenţa creşte
repede fără a se obţine valorile maxime dat fiind mecanismul de precipitare indicat anterior.
Din această cauză trebuie respectate temperaturile şi duratele prescrise pentru fiecare aliaj şi
stare.
Aliajele la care se execută tratamentul de îmbătrânire artificială nu îşi conservă la infinit
starea de călire proaspătă până în momentul îmbătrânirii, ele durificându-se şi la temperatura
ambiantă. Această stare instabilă se notează cu simbolul W urmat de valorile timpilor de
menţinere la temperatura ambiantă.
Perioada de aşteptare este perioada de timp în care materialul metalic de la starea imediat
după călire se menţine la temperatura ambiantă până la aplicarea îmbătrânirii artificiale. în
general se consideră a fi cel mai indicat executarea îmbătrânirii artificiale imediat după călire.
în practică nefiind posibil întotdeauna acest lucru, caracteristicile mecanice obţinute prin
îmbătrânirea artificială vor fi influenţate la unele aliaje de maturarea prealabilă parţială sau
totală, această influenţă fiind complexă şi diferită de la un aliaj la altul. Se disting trei situaţii:
aliaje puţin sensibile la durata aşteptării între călire şi îmbătrânire artificială;
- aliaje la care aşteptarea între călire şi revenire este defavorabilă;
aliaje la care aşteptarea între călire şi revenire este favorabilă de tip: AlMgSi cu conţinut de
Mg2Si < 1%, de tip AIZnMg.
k) DURATA DE MENŢINERE
t
Durata de menţinere este timpul în care materialul este încălzit la temperatura prescrisă
pentru tratamentul termic respectiv, temperatură măsurată la suprafaţa pieselor. Duratele de
menţinere depind de natura aliajului, tipul şi grosimea semifabricatului sau piesei, felul
tratamentului termic care se execută.
k) ECRUISAREA
Elaborarea aliajelor de aluminiu începe cu turnarea lingourilor, stadiul în care grăunţii
cristalini sunt mari, iar caracteristicile mecanice mediocre. în fazele următoare de prelucrare
la semifabricate presate, trase, laminate, forjate, intervin reduceri de secţiune la rece sub
temperatura de recristalizare-ecruisare. în cursul acestor prelucrări are loc o reorientare a
grăunţilor, iar grăuntele se fragmentează rezultând o structură cu grăunţi fini care are
caracteristici mecanice superioare.
Gradul de deformare este definit prin variaţia relativă a secţiunii semifabricatelor în timpul
prelucrării la rece:
unde Si este secţiunea iniţială, iar S, secţiunea finală. în timpul operaţiilor de deformare la
rece la constructorul de avioane (plieri, întinderi, ambutisări, rulări) semifabricatele din aliaje
de aluminiu sunt de asemenea ecruisate cu valori t în funcţie de forma piesei, natura şi starea
aliajului respectiv etc. Prelucrarea termică ulterioară a semifabricatelor şi pieselor ecruisate
(recoacere, punere în soluţie) conduce la eliminarea ecruisării şi la înmuierea materialului
datorită recristalizării. La o temperatura dată fenomenul de înmuiere este cu atât mai pregnant
cu cât materialul a fost ecruisat mai mult în prealabil. Recristalizarea poate produce fie o
structură fină, fie o structură grosolană. Structura cu grăunţi mari conduce în timpul
prelucrărilor ulterioare de formare la rece la apariţia pe suprafeţele metalice a fenomenului
nedorit numit "coajă de portocală", care este un indiciu al scăderii caracteristicilor mecanice
statice şi dinamice. Plecând de la această asociaţie dintre fenomenul "coajă de portocală" şi
caracteristicile mecanice, se prevede pentru benzi şi table o probă specială de încercare pentru
evidenţierea sa. La o anumită temperatură de recoacere sau de punere în soluţie, curba de
creştere a grăunţilor în timpul procesului de recristalizare în funcţie de valoarea ecruisării are
aspectul din figura 3.8.
În figura 3.8 se disting: gradul de deformare critic inferior - EC lnt la care se constată începutul
recristalizării cu creşterea de grăunţi, gradul de deformare critic - ec la care are loc o creştere
exagerată a grăunţilor cristalini în timpul tratamentelor termice ulterioare de recoacere sau de
punere în soluţie, şi gradul de deformare critic superior - EC sup la care recristalizarea cu
grăunţi mari este completă. Gradul critic de deformare, deşi nu este în mod riguros o
caracteristică intrinsecă pentru un aliaj dat, depinde de:
condiţiile de recoacere sau punere în soluţie (temperatură şi timpi de menţinere);
k) ECRUISAREA SEMIFABRICATELOR
Produsele finite în starea de livrare comportă la furnizori sau producătorul de avioane operaţii
de laminare, comprimare, întindere sau îndreptare care urmează imediat tratamentului de
punere în soluţie şi călire în scopul de a asigura o planeitate corespunzătoare (table în stare
T3) sau pentru a evita deformările în timpul operaţiilor de prelucrare la beneficiar sau
constructorul de avioane (plăci forjate).
Procesele de deformare executate sub temperatura de recristalizare a aliajelor respective
ameliorează sensibil caracteristicile lor mecanice. Dacă bebeficiarul sau constructorul de
avioane execută ulterior un nou tratament termic pentru obţinerea unor caracteristici de
prelucrare tehnologică mai bune (la formare în special) trebuie să se ţină seamă de scăderea
corespunzătoare a caracteristicilor mecanice de rezistenţă.
Orice tratament termic de recoacere sau de punere în soluţie urmată de călire distruge efectele
ecruisării (se trece de la starea T3 la starea T42) şi prin aceasta are loc o scădere a
caracteristicilor mecanice. Spre exemplu în cazul tablelor placate de aliaj durai RP 0,2 scade
de la 320 la 280 N/mm2. De acest lucru trebuie să ţină cont atât proiectantul cât şi tehnologul
din uzinele constructoare de avioane pentru a nu afecta caracteristicile de rezistenţă impuse
pieselor respective prin operaţii de tratament termic (puneri în soluţie, recoaceri) singulare
sau repetate.
k) EFECTUL DE PRESĂ
Spre deosebire de ecruisare, deformările plastice la cald - presare sau extrudare - conduc la
stări caracterizate prin Rmşi Rp0,2 cu valori mult mai ridicate în sensul de deformare
comparativ cu produsele laminate, spre deosebire de alungirea A5 care este mai mică la
produsele extrudate faţă de cele laminate.
Caracteristicile produsului extrudat sau efectul de presă nu se elimină prin tratamentul de
punere în soluţie. Efectul de presă poate fi atenuat prin deformări la rece (tragerea barelor cu
0 < 60 mm şi a ţevilor). Acest fenomen nu se semnalează la produsele cu structură
recristalizată.
k) RECOACEREA
După cum s-a arătat, ecruisarea are ca efect alungirea grăunţilor în sensul de laminare sau
tragere cu reducerea dimensiunilor lor (afinare). în acelaşi timp se introduc tensiuni interne şi
creşte rezistenţa mecanică în detrimentul plasticităţii (alungirii).
Unele procese tehnologice de la constructorul de avioane impun deformări ulterioare a
semifabricatelor (plieri, ambutisări, îndoiri) care reclamă înmuierea materialului ecruisat
înainte sau în timpul execuţiei acestor operaţii. în practica industrială se execută trei tipuri de
recoacere:
- recoacere de restaurare;
- recoacere de recristalizare;
- recoacere de coalescenţă.
Menţionam că efectele de înmuiere a aliajelor de aluminiu durificabile prin precipitare se
obţin şi prin aducerea lor în starea "proaspătă de punere în soluţie" însă ele se păstrează pe
durate scurte de timp după călire (maxim 2 ore la aliajul durai).
3.7.7.1. RECOACEREA DE RESTAURARE
Are ca scop suprimarea efectelor ecruisării şi în special a tensiunilor interne. Tratamentul
termic de restaurare constă din menţinerea un timp scurt la temperaturi inferioare a
temperaturii de recristalizare.
Menţionăm că acest gen de recoacere produce şi un efect de înmuiere parţială a materialelor
durificate prin tratament termic (punere în soluţie, - călire - îmbătrânire naturală sau
artificială).
Avantajele esenţiale ale tratamentelor de restaurare:
absenţa recristalizării şi deci a riscului pe care-l comportă structura cu grăunţi mari; o
ameliorare a plasticităţii la caracteristici mecanice egale cu materiale parţial ecruisate.
Neajunsuri ale recoacerii de restaurare:
înmuiere limitată (40-50% max.), ceea ce nu permite obţinerea unei plasticităţi omogene
plecând de la o anumită stare iniţială de ecruisare;
- izotropia nu poate fi reglată, deoarece nu se produce nicio modificare a texturii de orientare.
3.7.7.2. RECOACEREA DE RECRISTALIZARE (STAREA O)
Aceasta produce înmuierea maximă atât a aliajelor durificabile de tratament termic cât şi a
celor durificabile prin ecruisare. Ea constă din încălzirea rapidă şi menţinerea de durată lungă
la o temperatură mai înaltă decât temperatura de recristalizare urmată de o răcire lentă până la
temperaturi mai mici de 250°C, conform prescripţiilor. Dacă răcirea este mai rapidă pot
apărea efecte de călire şi durificare progresivă prin îmbătrânire de după recoacere, ceea ce
înrăutăţeşte capcitatea de deformare la rece a semifabricatelor sau pieselor respective.
Evoluţia caracteristicilor în timpul operaţiilor de recoacere la diferite temperaturi şi durate de
menţinere este prezentată în figura 3.9.
Până la o anumită temperatură A există numai relaxarea tensiunilor interne, caracteristicile
mecanice înregistrând o uşoară scădere. Peste temperatura A începe recristalizarea care
produce o scădere accentuată a caracteristicilor mecanice: Rm, Rp0.2- în intervalul de
temperatură ABşi pentru timpi de menţinere constanţi, recristalizarea nu este completă,
grăunţii noi coexistând cu cei vechi şi după caz pot fi mai mici sau mai mari decât cei iniţiali.
Când recristalizarea este completă (temperatura B) recoacerea este totală (starea 0).
RECOACEREA DE COALESCENŢĂ
Sunt tratamentele care produc maleablitatea maximă, acolo unde recoacerile normale
aplicate pe semifabricate, ce au fost ulterior puse în soluţie şi călite, conduc la plasticităţi
reduse. Aceste tratamente reduc la minim posibilitatea durificării ulterioare prin realizarea
coalescenţei aliajelor bogate în elemente durificante.
La aliajele de tip durai, acest tratament prezintă inconvenientul favorizării creşterii de grăunţi
în timpul încălzirii ulterioare de punere în soluţie şi deci are efecte negative asupra
caracteristicilor mecanice prescrise. Prin urmare, executarea tratamentului de recoacere de
coalescenţă nu se recomandă la aliajele de acest gen.