2.20 ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ

Transcript

1 2.20 ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ 1. ΔΙΑΓΩΓΗ Ο Sir Humphry DAVY (1808) αναγνωρίηεται ότι ανακάλυψε το αλουμινίο. Σο αρχικό εργαςτιριο καταςκευισ περιοριςμζνων ποςοτιτων ποφδρασ αλουμινίου δθμιουργικθκε από τον Friedrich Wohler το Θ εμπορικι παραγωγι του μετάλλου αυτοφ αρχικά ξεκίνθςε με τθν ειςαγωγι τθσ διαδικαςίασ Bayer για τθν επεξεργαςία των πρϊτων υλϊν και τθν εξζλιξθ τθσ διαδικαςίασ θλεκτρόλυςθσ τιγματοσ αλουμίνασ (διαδικαςία HALL-HEROULT)από το ζτοσ Από τισ αρχζσ του 20ου αιϊνα το αλουμίνιο ζχει όλο και περιςςότερθ εφαρμογι. Κυρίωσ λόγω τθσ κφριασ ιδιότθτασ του, που είναι θ χαμθλι πυκνότθτα και ςτθ ςυνζχεια το χαμθλό βάροσ του, ζγινε πολφ δθμοφιλζσ ςτθν ανάπτυξθ μεγάλου αρικμοφ μεταλλικϊν καταςκευϊν, ιδιαίτερα ςτθν αεροπορικι βιομθχανία και ςτθ βιομθχανία των μεταφορϊν. τθ φφςθ το ςτοιχείο υπάρχει μόνο δεςμευμζνο ςε μεταλλεφματα. Για τθν εμπορικι καταςκευι μόνο το μετάλλευμα του βωξίτθ (ονομάςτθκε από τον αρχικό τόπο που βρζκθκε «LesBaux-de-Provence») που περιζχει 55 ζωσ 65% Al 2 O 3 είναι κατάλλθλο. Οικονομικι εξόρυξθ αυτισ τθσ πρϊτθσ φλθσ εκτελείται κυρίωσ ςτθν Αυςτραλία Κίνα, τθ Βραηιλία, τθ Γουινζα, τθ Σηαμάικα, τθν Ινδία και τθ Ρωςία. Σο ςτοιχείο και τα κράματά του χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ για τα ακόλουκα χαρακτθριςτικά: χαμθλι πυκνότθτα και κατά ςυνζπεια το χαμθλό βάροσ του, ειδικι αντίςταςθ κατά τθσ διάβρωςθσ, ςθμαντικι ολκιμότθτα εν ψυχρϊ, ειδικά θλεκτρικά κακϊσ και κερμικά χαρακτθριςτικά εξαιρετικζσ ιδιότθτεσ ανάκλαςθσ για ζνα ευρφ φάςμα. Σχήμα 1. Κράματα αλουμινίου για τθν καταςκευι ςυρμϊν. 1

2 ε μεγάλο βακμό θ μεταλλουργικι ςθμαςία του αλουμινίου ςχετίηεται όχι μόνο λόγω των κραματϊν ςτα οποία αποτελεί βάςθ, αλλά και ωσ ςτοιχείο αποξείδωςθσ και ςθμαντικό ςτοιχείο κραματοποίθςθσ ςε χάλυβεσ, κράματα χαλκοφ και νικελίου. Ωσ παράδειγμα: αυξάνει ςθμαντικά τθν αντοχι των ανοξείδωτων χαλφβων ςτθν επιφανειακι οξείδωςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Ωσ κακαρό μζταλλο, το ςτοιχείο βρίςκει εφαρμογζσ, μεταξφ άλλων, ςτθ βιομθχανία ςυςκευαςίασ (π.χ. αλουμινόχαρτο ι κουτιά) και ςτθν θλεκτρολογία και ςτα θλεκτρονικά (για παράδειγμα ωσ αγωγόσ ρεφματοσ). Θ γαλβανικι επίςτρωςθ αλουμινίου ι επίςτρωςθ από ηεςτι εμβάπτιςθ αυξάνει τθν αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ των μεταλλικϊν εξαρτθμάτων (για παράδειγμα, μθ κραματικοί χάλυβεσ). χεδόν το ιμιςυ τθσ παγκόςμιασ παραγωγισ αλουμινίου χρθςιμοποιείται ςτον τομζα των μεταφορϊν, όπωσ θ αεροδιαςτθμικι, οι ςιδθρόδρομοι και θ αυτοκινθτοβιομθχανία. Οι μεγάλεσ ποςότθτεσ του μετάλλου αυτοφ και των κραμάτων του εφαρμόηονται επίςθσ ςτθν οικοδομικι βιομθχανία και τθ μθχανολογία. θμείωςθ: το όνομα του αλουμινίου προζρχεται από τθ λατινικι λζξθ alumen. Σχήμα 2.Αλουμίνιο ςτθν αεροδιαςτθμικι: Παράδειγμα Airbus A ΔΠΔΞΗΓΗΗ ΟΡΩΝ Βασικά υλικά Αργιλικά ορυκτά Σα αργλικά ορυκτά είναι ανόργανα άλατα τα οποία ςχθματίηονται από τθν αποςάκρωςθ των πετρωμάτων που περιζχουν αςτρίουσ και είναι ςε ςτρϊματα πυριτικά άλατα αλουμίνασ. Σα ορυκτά αργίλου ζχουν ταξινομθκεί ςε διάφορεσ ομάδεσ, όπωσ καολίνθσ, ιλλίτθσ και μοντμοριλλονίτθσ. 2

3 Αλουμίνα Θ αλουμίνα ζχει ζνα ιςτορικό υπόβακρο και πθγαίνει πίςω ςτον 18ο αιϊνα, όπου για πρϊτθ φορά διάφορεσ χθμικζσ ενϊςεισ που ονομάηονταν alaun ερευνικθκαν επιςτθμονικά και βρζκθκαν να περιζχουν ζνα κοινό ςυςτατικό που ονομάηεται αλουμίνα. Αργότερα θ ονομαςία αυτι alaun ανταλλάχκθκε για τθν ονομαςία αλουμίνα θ οποία ςιμερα αντιπροςωπεφει οξειδίου του αργιλίου Al 2 O 3. Σο αλουμίνιο ζχει υψθλι ςυγγζνεια με το οξυγόνο με το οποίο δθμιουργεί ζνα επιφανειακό ςτρϊμα οξειδίου του αργιλίου αφοφ εκτεκεί ςτον περιβάλλοντα αζρα για ςφντομο χρονικό διάςτθμα. Αυτό το ςτρϊμα οξειδίου δθμιουργείται αυτόματα και προςτατεφει το μζταλλο από οποιεςδιποτε περαιτζρω διαβρωτικζσ προςβολζσ (μθχανιςμόσ αυτοπακθτικοποίθςθσ). Σο Al 2 O 3 ορίηεται επίςθσ ορυκτολογικά ωσ αλουμίνα ι κοροφνδιο. Βωξίτθσ Ο βωξίτθσ είναι ζνα μετάλλευμα αργιλίου το οποίο περιζχει κυρίωσ τα ορυκτά αλουμινίου γκιμπςίτθσ γ-αι(οθ)3, βαιμίτθσ γ-αιο(οθ), διαςπορά α-αιο (ΟΘ) και επιπρόςκετα οξείδιο του ςίδθρου αιματίτθσ Fe 2 O 3 και γκαιτίτθσ α-feο(οθ), το αργιλικό ορυκτό καολινίτθ και μικρζσ ςυγκεντρϊςεισ οξειδίου του τιτανίου TiO 2. Υλικά βάσης αλουμινίου Πρωτογενζσ αλουμίνιο Σο μθ κραματωμζνο αλουμίνιο με ποςοςτό αλουμίνιου 99,7%, ςυνικωσ καταςκευάηεται από τθν θλεκτρολυτικι αναγωγι του οξειδίου του αργιλίου (ςφμφωνα με EN ). Εξαιρετικά κακαρό αλουμίνιο Σο μθ κραματωμζνο αλουμίνιο υπερ-υψθλισ κακαρότθτασ (περιεκτικότθτα ςε αλουμίνιο τουλάχιςτον % κατά μάηα), ζχει καταςκευάηεται μζςω ειδικϊν μεταλλουργικϊν διεργαςιϊν (ςφμφωνα με EN ). Κακαρό αλουμίνιο Σο μθ κραματωμζνο αλουμίνιο με βακμοφσ κακαρότθτασ από 99% ζωσ 99,9% μπορεί να οριςτεί ωσ κακαρό αλουμίνιο (τεχνικό κακαρό αλουμίνιο) ςφμφωνα με το πρότυπο EN Δευτερογενζσ αλουμίνιο Σαυλικάτουαλουμινίουταοποίαζχουνκαταςκευαςτείαπόχφτευςθκαιπεραιτζρωεπεξεργαςία απόςκραπ και άλλεσ μορφζσ απορριπτόμενου αλουμινίου ονομάηονται δευτερογενζσ αλουμίνιο. 3

4 1.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ Σα μεμονωμζνα ςτάδια τθσ παραγωγισ αλουμινίου αποτελοφνται από: εξόρυξθ του μεταλλεφματοσ παραγωγι του μετάλλου περαιτζρω επεξεργαςία για να ςχθματιςτοφν διάφορα θμικατεργαςμζνα προϊόντα που χρθςιμοποιοφνται για τθν παραςκευι των τελικϊν προϊόντων. Σχήμα 3.Βιματα τθσ παραγωγισ αλουμινίου Η διαδικασία Bayer Με βάςθ τθν ιδθ αναφερόμενθ μζκοδο Bayer, το οξείδιο του αργιλίου Al 2 O 3 Θ 2 Ο διαχωρίηεται υδρομεταλλουργικά από το μετάλλευμα του βωξίτθ. Θ αρχι λειτουργίασ του κυκλϊματοσ αυτισ τθσ διαδικαςίασ είναι θ εξαγωγι του υδροξειδίου του αργιλίου από τον βωξίτθ χρθςιμοποιϊντασ καυςτικι ςόδα ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ, ο διαχωριςμόσ των ςτερεϊν υπολειμμάτων (ςκωρία) μετά τθν ψφξθ του εναιωριματοσ, θ μερικι κατακριμνιςθ του υδροξειδίου του αργιλίου από το υπερκορεςμζνο διάλυμα μζςω τθσ δθμιουργίασ κρυςτάλλων και τθν επιςτροφι του για ζκπλυςθ μετά τον διαχωριςμό του κρυςταλλωκζντοσ υδροξειδίου. Σο υδροξείδιο του αργιλίου που λαμβάνεται με τον παραπάνω τρόπο, αφυδατϊνεται κερμικά ςε κλίβανο για να ςχθματίςει ζνα οξείδιο. Θ διαδικαςία κάνει χριςθ δφο φυςικϊν και χθμικϊν ιδιοτιτων του ςυςτιματοσ Al 2 O 3 -Na 2 O- H 2 O, δθλαδι θ εξάρτθςθ από τθν κερμοκραςία για να διαλυκεί το υδροξείδιο του αργιλίου ςε καυςτικι ςόδα και θ μεταςτακισ φφςθ των υπερκορεςμζνων διαλυμάτων αργιλίου.σο 4

5 αποτζλεςμα είναι ζνα τεχνικϊσ κακαρό οξείδιο του αργιλίου, μια λευκι ςκόνθ με μζγιςτεσ περιεκτικότθτεσ ςτα παρακάτω ςυςτατικά ωσ ακακαρςίεσ. 0,01-0,03% Fe2O3 0,01-0,02% SiO2 0,3 ζωσ 0,6% Na2O Κατά τισ τελευταίεσ δεκαετίεσ θ διαδικαςία Bayer ζχει βελτιςτοποιθκεί ςτθν αφξθςθ τθσ παραγωγικότθτασ και τθ μείωςθ τθσ κατανάλωςθσ ενζργειασ. Είναι αλικεια ότι ςτο παρελκόν άλλεσ διεργαςίεσ εξαγωγισ τθσ αλουμίνασ ζχουν αναπτυχκεί, όπωσ θ κατεργαςία με οξφ, ωςτόςο, αυτζσ οι διαδικαςίεσ δεν ζχουν τεχνικά ακόμθ εφαρμοςτεί. Σχήμα 4. Διαδικαςία Bayer Η διαδικασία Hall-Héroult Λόγω των ιςχυρϊν δυνάμεων πρόςδεςθσ του οξειδίου του αλουμινίου, το μζταλλο διαχωρίηεται από το οξυγόνο με τθ χριςθ τθσ θλεκτρόλυςθσ τιγματοσ αλουμίνασ. Θ ενζργεια που καταναλϊνεται με τθ μζκοδο αυτι, περίπου 14 kwh ανά kgal είναι ςχετικά υψθλι. Θ βάςθ τθσ αρχισ που αναπτφχκθκε από τουσ Hall και Héroult είναι θ διαλυτότθτα του οξειδίου του αργιλίου ςε τθγμζνο κρυόλικο (Na 3 AlF 6 ), ζτςι ϊςτε θ θλεκτροχθμικι διάςπαςθ του οξειδίου ςφμφωνα με τθν αντίδραςθ 5

6 Al 2 O 3 -> 2Al + 3/2 O 2 να μπορεί να διεξαχκεί ςε κερμοκραςίεσ μεταξφ 950 και 980 C. Θ κφκλωμα τθσ θλεκτρόλυςθσ αποτελείται από ανόδουσ άνκρακα, ενϊ θ κάκοδοσ όπου το αλουμίνιο κα κατακρθμνίηεται, αποτελείται από τθν πυρίμαχθ επζνδυςθ του κλιβάνου με ενςωματωμζνουσ αγωγοφσ από χάλυβα για τθν παροχι του θλεκτρικοφ ρεφματοσ. Σχήμα 5.Διαδικαςία Hall-Héroult - θλεκτρόλυςθσ τιγματοσ αλουμίνασ. Θ ςυνεχϊσ περαιτζρω ανάπτυξθ αυτισ τθσ διαδικαςίασ ζχει οδθγιςει ςε δφο μεγαλφτερουσ καλάμουσ και υψθλότερεσ εντάςεισ ρεφματοσ, βελτιϊνοντασ ζτςι τθν οικονομικι αποτελεςματικότθτα τθσ μεταλλουργίασ αλουμινίου και ωσ εκ τοφτου, τθν κατανάλωςθ ενζργειασ. Είναι αλικεια, ότι υπάρχουν εναλλακτικζσ προτάςεισ για μεκόδουσ για τθν παραγωγι πρωτογενοφσ αλουμινίου, όπωσ θ θλεκτρόλυςθ χλωρίου, αλλά μζχρι ςιμερα δεν ιταν τεχνικά επιτυχείσ. Σο προϊόν από τθν θλεκτρόλυςθ ονομάηεται πρωτογενζσ αλουμίνιο. Οι κακαρότθτεσ ςυνικωσ είναι 99,5%, 99,7% και 99,85%. Σα κφρια ςυνοδευτικά ςτοιχεία είναι πυρίτιο και ςίδθροσ. Θ εκτίμθςθ του βάρουσ και το ενεργειακό ιςοηφγιο για τθν παραγωγι πρωτογενοφσ αλουμινίου φαίνεται ςτο ςχιμα τόνοι βωξίτθ με μία κατανάλωςθ ενζργειασ GJμασ δίνουν 2 τόνουσ αλουμίνασ και αυτό με τθν ςειρά του μετά τθν κατανάλωςθ 14 MWhθλεκτρικισ ενζργειασ, 1 τόνο πρωτογενοφσ αλουμινίου. Ζνα ςθμαντικό μζροσ τθσ ςυνολικισ ηιτθςθσ ςε αλουμίνιο καλφπτεται από τα λεγόμενα δευτερογενι κράματα, δθλαδι με τθν κατεργαςία παλαιϊν και ανακυκλωμζνων υλικϊν, 6

7 αντίςτοιχα. Με τον τρόπο αυτό, μόνο το 5% των ποςοτιτων ενζργειασ που απαιτοφνται για τθν παραγωγι πρωτογενοφσ αλουμινίου είναι απαραίτθτεσ. Σχήμα 6.Εκτίμθςθ βάρουσ και ιςοηυγίου ενζργειασ για τθν παραγωγι πρωτογενοφσ αλουμινίου. 1.3 ΙΓΙΟΣΗΣΔ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Σο αργίλιο είναι ζνα ςτοιχείο τθσ τρίτθσ κφριασ ομάδασ του περιοδικοφ ςυςτιματοσ των ςτοιχείων, των μετάλλων τθσ γθσ. Ο ατομικόσ αρικμόσ του είναι 13, ωσ εκ τοφτου, ζνα άτομο αλουμινίου ζχει 13 θλεκτρόνια που κατανζμονται κατά μικοσ 3 ςτοιβάδων γφρω από τον πυρινα του ατόμου. Θ ατομικι μάηα του αλουμινίου είναι Διακρίνεται από τισ ακόλουκεσ ιδιότθτεσ: είναι ελαφρφ και με ςχετικά υψθλι αντοχι, είναι ςε μεγάλο βακμό ανκεκτικό ςτθ διάβρωςθ, ακόμθ και χωρίσ τθν προςταςία τθσ επιφάνειασ, μπορεί να καταςκευαςτεί με πολλζσ διαφορετικζσ διαδικαςίεσ, ιδίωσ μπορεί να εξωκθκεί, μπορεί να ανακυκλωκεί, μπορεί να ενωκεί με τθ χριςθ όλων των κοινϊν διαδικαςιϊν ςυγκόλλθςθσ. 7

8 Σχήμα 7. Αλουμινόχαρτο Πίνακας 1. φγκριςθ των ιδιοτιτων του κακαροφ αλουμινίου και ςιδιρου. Σο αλουμίνιο δεν ζχει αλλοτροπικζσ τροποποιιςεισ. Κρυςταλλϊνεται αποκλειςτικά ςτο κυβικό εδροκεντρωμζνο πλζγμα (Al cfc, Fe-cbc). Επομζνωσ, πολλζσ από τισ ιδιότθτζσ του όπωσ θ ολκιμότθτα ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ, κακϊσ και θ ςυμπεριφορά του κατά τθ διάρκεια μθχανικισ επεξεργαςίασ είναι ςυγκρίςιμεσ με εκείνεσ των ωςτενιτικϊν χαλφβων. Επιπλζον, ο παράγοντασ διαςτολισ (υντελεςτισ διαςτολισ *1/Κ+ Al = , Fe= ) είναι διπλάςιοσ από αυτόν του ςιδιρου κάτι το οποίο είναι ιδιαίτερα ςθμαντικό κατά τθν ςυγκόλλθςθ (κανόνασ του αντίχειρα: ςε μία αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ κατά 100 C μία ράβδοσ μικουσ 1 m επιμθκφνεται κατά 2 mm). Σο κακαρό αλουμίνιο, όπωσ και ο κακαρόσ ςίδθροσ ζχει ζνα ςχετικά χαμθλό επίπεδο αντοχισ (Rp0.2 *Mpa+ Al ~10, Fe~100, Rm * Mpa + Al~50, Fe~200). Με κατάλλθλα μζτρα, όπωσ κερμικι κατεργαςία, ι παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ, οι τιμζσ αντοχισ (R m ) μποροφν να φτάςουν ζωσ τα 350 MPa με κράματα τφπου NHT (μθ κερμικά κατεργάςιμα) και μζχρι περίπου 600 MPa με υλικά που μποροφν να υποςτοφν κερμικι κατεργαςία (ΘΣ)(οι διαφορετικοί τφποι κράματοσ κα εξθγθκοφν ςτθ ςυνζχεια). Σουλάχιςτον ςε ςχζςθ με τθν κατθγορία αντοχισ λαμβάνονται τα πεδία εφαρμογισ τθσ τφπων χάλυβα S235 και S355. Επιπλζον, θ υψθλι κερμικι αγωγιμότθτα (Al=235 W/m*K, Fe=75 W/m*K) πρζπει να εξετάηεται ωσ προσ τθν ςυγκόλλθςθ. Κατά ςυνζπεια, το αλουμίνιο κα πρζπει να ζχει 8

9 προκερμανκεί πριν από τθ ςυγκόλλθςθ, επειδι ιδίωσ με τισ παχφτερεσ πλάκεσ θ κερμότθτα που απαιτείται για τθ τιξθ του υλικοφ απομακρφνεται από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ με μεγάλθ ταχφτθτα (ρωγμζσ που προκαλοφνται από υδρογόνο ι αφξθςθ ςκλθρότθτασ δεν εμφανίηονται ςτο αλουμίνιο). Πρζπει επίςθσ να αναφερκεί ότι το αλουμίνιο ςτθ φφςθ υπάρχει ωσ οξείδιο του αργιλίου με τθ μορφι Al 2 O 3 (ακριβζςτερα: Al 2 O 3 H 2 O) το οποίο χαρακτθρίηεται από μία υψθλι κερμοκραςία τιξθσ (περίπου 2050 C.), δθλαδι υπάρχει μόνο θ τροποποίθςθ αυτι, όχι τρία διαφορετικά οξείδια όπωσ με το ςίδθρο). Θ πολφ υψθλι ςυγγζνεια του μετάλλου προσ οξυγόνο και ο ιςχυρόσ δεςμόσ του οξειδίου, από τθ μία πλευρά ζχει οδθγιςει ςτθν κακυςτερθμζνθ βιομθχανικι χριςθ και από τθν άλλθ πλευρά ςτο ςχθματιςμό ενόσ περιςςότερο ι λιγότερο ςθμαντικοφ ςτρϊματοσ οξειδίου που πρζπει να εξετάηεται ιδιαίτερα ςτισ ςυγκολλιςεισ του μετάλλου. Τψθλισ κακαρότθτασ αλουμινίο Για ειδικζσ εφαρμογζσ υψθλότερθ κακαρότθτα του μετάλλου απαιτείται από ότι μπορεί να παρζχεται από τθν κανονικι ροι θλεκτρόλυςθσ τθγμζνθσ αλουμίνασ. Για τθν παραγωγι αυτισ τθσ υψθλισ κακαρότθτασ αλουμίνιου, εφαρμόηεται θ θλεκτρόλυςθ τριϊν ςτρωμάτων. Κακαρότθτεσ 99,99% μπορεί να επιτευχκοφν θλεκτροχθμικά με τθ χριςθ τριϊν ςτρωμάτων τιγματοσ που αποτελοφνται από το πρωτογενζσ αλουμίνιο, τον θλεκτρολφτθ και το εξευγενιςμζνο αλουμινίο. Οι ακόμθ υψθλότερεσ κακαρότθτεσ του μετάλλου λαμβάνονται με θλεκτρόλυςθ εξευγενιςμοφ που χρθςιμοποιεί οργανικοφσ θλεκτρολφτεσ αλουμινίου ι χρθςιμοποιϊντασ τθ διαδικαςία τιξθσ ηϊνθσ. Κράματα αλουμινίου Σα κράματα αλουμινίου διακρίνονται ςε: ςφυριλατα κράματα και χυτά. Μια περαιτζρω διάκριςθ είναι: μθ κερμικά κατεργάςιμα (NonHeatTreatable - NHT) και κερμικά κατεργάςιμα (Heat Treatable - ΘΣ) κράματα. Τλικά καταςκευαςμζνα από ςφυριλατα κράματα πρζπει να είναι εφκολο να παραμορφωκοφν τόςο ςε κρφα και ςε ηεςτι κατάςταςθ. Σα βαςικά προϊόντα είναι χυτά, που είτε ςε μονάδα ζλαςθσ ι ςε μονάδα εξϊκθςθσ υποβάλλονται ςε περαιτζρω κατεργαςία για να ςχθματιςτοφν τα αντίςτοιχα θμικατεργαςμζνα προϊόντα, όπωσ ταινίεσ, φφλλα, πλάκεσ ι εξωκθμζνα προφίλ. 9

10 Σχήμα 8. Κράματα αλουμινίου και διαχωριςμοί. 1.4 ΠΡΟΣΤΠΑ το πλαίςιο τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ τα εκνικά πρότυπα για τα προϊόντα αλουμινίου ζχουν αντικαταςτακεί από τα ευρωπαϊκά πρότυπα, αντίςτοιχα με του χάλυβα. Πίνακας 2.Επιςκόπθςθ των προτφπων που αφοροφν ςφυριλατα υλικά. 10

11 1.5 ΟΝΟΜΑΙΑ Σα υλικά είτε προςδιορίηονται ςφμφωνα με: αρικμοφσ (EN 573-1) ι ςφμφωνα με άλφααρικμθτικά (χθμικά) ςφμβολα (EN 573-2). Και οι δφο τρόποι ονομαςίασ ζχουν το κοινό χαρακτθριςτικό ότι το ιςχφον πρότυπο ΕΝ Α (European Standard Aluminium) και θ μορφι του θμι-τελικοφ προϊόντοσ αναφζρονται ςτθν αρχι τθσ ονομαςίασ: EN AW για ςφυριλατα κράματα EN AC για τα προϊόντα χφτευςθσ EN AM για κφρια κράματα και EN AB για κυλινδρικά προϊόντα. Αριθμητικό σφστημα Σο αρικμθτικό ςφςτθμα αποτελείται από τζςςερα ψθφία που αντιςτοιχοφν ςτθν ονομαςία που ζχει κατατεκεί με τθν Ζνωςθ Αλουμινίου των ΘΠΑ. Σο πρϊτο ψθφίο δθλϊνει ςυνικωσ το κφριο ςυςτατικό του κράματοσ. Σο δεφτερο ψθφίο δθλϊνει ςυνικωσ τισ τροποποιιςεισ του κράματοσ με το 0 να αντιπροςωπεφει ζνα κράμα βάςθσ. Σα άλλα δφο ψθφία χρθςιμεφουν για ςυνεχι αρίκμθςθ. Μερικά κράματα μποροφν επίςθσ να ζχουν μια προςκικθ, με τθ μορφι ενόσ γράμματοσ και αυτό αναφζρει μια εκνικι τροποποίθςθ του κράματοσ. Αλφαριθμητικό σφστημα Σο αλφαρικμθτικό ςφςτθμα, δθλϊνει πιο άμεςα τθ χθμικι ςφνκεςθ του κράματοσ, όπου οι ονομαςτικζσ περιεκτικότθτεσ των ςτοιχείων αναφζρονται ςε% κατά βάροσ, χωρίσ ζνα ςυντελεςτι μετατροπισ. Επίςθσ εδϊ, μπορεί να προςτεκοφν εκνικζσ τροποποιιςεισ. Θ κοινι ονομαςία ενόσ κράματοσ είναι: EN AW-5456A ι EN AW-5456A [AlMg5Mn1 (Α)] Κατ 'εξαίρεςθ, το αλφαρικμθτικό μπορεί να γραφεί ωσ: 11

12 EN AW-AlMg5Mn1 (Α) ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Λόγω του γεγονότοσ ότι θ ευρωπαϊκι τυποποίθςθ για το χαρακτθριςμό του αλουμινίου ζχει προςαρμοςτεί ςτθ διεκνι, δθλαδι τθν Αμερικάνικθ, υπάρχει το πλεονζκτθμα ότι τουλάχιςτον το αρικμθτικό ςφςτθμα ζχει εφαρμοςτεί ςε όλο τον κόςμο. Είτε ςτθν Αυςτραλία, ςτθν Ιαπωνία ι ςτθ Βόρεια Αμερικι. ε ςφγκριςθ με το χάλυβα, το ςφςτθμα τθσ ονομαςίασ είναι ομοιόμορφο. τθ ςυνζχεια κα εξεταςτοφν κυρίωσ τα ςφυριλατα κράματα κακϊσ ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ ενϊνονται με ςυγκόλλθςθ. Μια επιςκόπθςθ των διαφόρων κραμάτων αλουμινίου και θ κατάταξθ των ομάδων κράματοσ ωσ προσ το αρικμθτικό ςφςτθμα τθσ ονομαςίασ παρουςιάηονται ςτισ παρακάτω ςελίδεσ. Πίνακας 3. Ομάδεσ κράματοσ - Αρικμθτικό ςφςτθμα 12

13 1000 series (PureAluminiumWroughtAlloys) Κράματα περιεκτικότθτασ άνω του 99% αλουμίνιο ανικουν ςε αυτιν τθν ομάδα. Λόγω τθσ καλισ θλεκτρικισ αγωγιμότθτασ βρίςκουν πολλζσ θλεκτρολογικζσ εφαρμογζσ. Επιπλζον, τα υλικά αυτά διακρίνονται από μια καλι κερμικι αγωγιμότθτα. Θ αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ είναι επίςθσ υψθλι, οδθγϊντασ ζτςι ςε περαιτζρω πεδία εφαρμογισ, όπωσ καταςκευζσ δεξαμενϊν και ςχετικϊν εξαρτθμάτων. Επιπλζον θμιτελι προϊόντα που καταςκευάηονται από τα υλικά αυτισ τθσ ομάδασ είναι πολφ κατάλλθλα για τθ βιομθχανία τροφίμων, π.χ. ωσ υλικό ςυςκευαςίασ. Μία ανεπικφμθτθ επίδραςθ είναι θ μειωμζνθ αντοχι που ςυνεπάγεται θ αφξθςθ τθσ κακαρότθτασ των υλικϊν αυτϊν. Σο κακαρό αλουμίνιο ζχει πολφ καλι ςυγκολλθςιμότθτα series (Alloying Type Al Cu Mg and Al Cu Si Mn) Τλικά από αυτι τθν ομάδα ξεχωρίηουν λόγω τθσ αυξθμζνθσ αντοχισ. Ο τφποσ AlCuMg είναι το πιο γνωςτό κράμα, κατάλλθλο για κερμικι κατεργαςία και γενικά εφαρμόηεται ςε κατάςταςθ φυςικισ γιρανςθσ. Λόγω τθσ υψθλισ αντοχισ τουσ οι πιο ευνοϊκοί τομείσ εφαρμογισ είναι θ καταςκευι μθχανϊν, θ καταςκευι οχθμάτων και παραδοςιακά θ αεροδιαςτθμικι βιομθχανία. Κάποια κράματα από αυτι τθν ομάδα είναι κατάλλθλα για εφαρμογζσ υψθλισ κερμοκραςίασ και μποροφν επίςθσ να βρουν εφαρμογι ωσ μθχανουργικά κράματα ελεφκερθσ κοπισ, εάν προςτεκοφν Pb και Βi. Σα κράματα AlCuMg δεν είναι κατάλλθλα για ςυγκόλλθςθ ενϊ τα κράματα AlCuSiMn ζχουν περιοριςμοφσ ωσ προσ τθν καταλλθλότθτα για ςυγκόλλθςθ. Θ τροποποίθςθ EN AW-2219 (φτωχό ςε Mg), ζχει καλι ςυγκολλθςιμότθτα. Ζνα κφριο μειονζκτθμα αυτϊν των υλικϊν είναι θ ςυγκριτικά μικρι αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ series (Alloying Type Al Mn) Αυτά τα υλικά ζχουν μια αυξθμζνθ αντοχι ςε ςφγκριςθ με τα κράματα από κακαρό αλουμίνιο. Λόγω τθσ πολφ καλισ ικανότθτάσ ςτθ παραμόρφωςθ (deep drawing quality) και τθν επίςθσ πολφ υψθλι αντοχι ςτθ διάβρωςθ τα πεδία χριςθσ είναι εφαρμογζσ ςτθν οικοδομικι βιομθχανία, όπωσ ςτζγεσ και υλικά πρόςοψθσ ι ωσ υλικό ςυςκευαςίασ όπωσ για κονςζρβεσ. Ζνα άλλο κφριο πεδίο εφαρμογισ είναι ςε εναλλάκτεσ κερμότθτασ ςτθν αυτοκινθτοβιομθχανία, όπου τα 3000-κράματα εφαρμόηονται ωσ κφριο υλικό για τθν επζνδυςθ των δοχείων. Επιπλζον, τα υλικά του τφπου αυτοφ εφαρμόηονται ςτθν καταςκευι εμπορευματοκιβωτίων κακϊσ και ςτθ βιομθχανία επεξεργαςίασ τροφίμων. Σα υλικά τθσ ςειράσ 3000 μποροφν να ςυγκολλθκοφν πολφ καλά series (Alloying Type Al Si) Αυτι θ ομάδα είναι ιδιαίτερθ αφοφ τα κράματα από αυτοφ του τφπου εφαρμόηονται κατά κόρον ωσ υλικά χφτευςθσ ι αναλϊςιμων ςυγκόλλθςθσ κακϊσ και υλικό μπρουτηοκόλλθςθσ, αλλά όχι ωσ ζνα τυπικό ςφυριλατο υλικό. Μόνο τα κράματα 4006 (AlSi1Fe) και 4007 / AlSi1,5Mn) ζχουν τυποποιθκεί ωσ ζλαςμα. Με τθ βοικεια τθσ προςκικθσ Si, το εφροσ τιξθσ ζχει μειωκεί ςε μεγάλο βακμό χωρίσ ςθμαντικι ψακυροποίθςθ του κράματοσ. Αυτόσ ο 13

14 τφποσ κράματοσ βρίςκει εφαρμογι ςτισ ςυγκολλιςεισ εναλλάκτων κερμότθτασ και ςτθν καταςκευι αυτοκινιτων. Θ ςυγκολλθςιμότθτα είναι από καλι ζωσ πολφ καλι series (Alloying Type Al Mg και Αl Mg Mn) Τλικά από αυτι τθν ομάδα κράματοσ είναι τα ςυνθκζςτερα χρθςιμοποιοφμενα ςτα πικανά πεδία εφαρμογισ τουσ. Ωσ εκ τοφτου, εφαρμόηονται ςε όλεσ ςχεδόν τισ βιομθχανικζσ περιοχζσ λόγω τθσ εξαιρετικισ αντοχισ τουσ ςτθν διάβρωςθ τουσ ςε καλάςςιο νερό, τθν πολφ καλι ςυμπεριφορά παραμόρφωςθσ και τθν υψθλότερθ αντοχι από όλα τα μθ κερμικά κατεργαςμζνα κράματα. Ζνα παράδειγμα είναι θ καταςκευι εμπορευματοκιβωτίων, οι ναυπθγικζσ καταςκευζσ, οι καταςκευζσ δεξαμενϊν και ςιλό, διάφορα μζρθ αυτοκίνθτων, ςιδθροδρομικϊν βαγονιϊν, τθν οικοδομικι βιομθχανία, δεξαμενζσ υπό πίεςθ, πακζτα, και τθ βιομθχανία επεξεργαςίασ τροφίμων. Ιδιαίτερθ ζμφαςθ δίνεται ςτθν ιδιότθτα τουσ - φυςικά, είναι εφαρμόςιμθ ςε όλα τα υλικά από αλουμίνιο - να ζχουν πολφ ευνοϊκζσ ιδιότθτεσ αντοχισ και δυςκραυςτότθτασ ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ με αποτζλεςμα να είναι κατάλλθλα για εφαρμογζσ χαμθλισ κερμοκραςίασ όπωσ δοχεία υγροποιθμζνων αερίων. Πολλά κράματα αυτισ τθσ κατθγορίασ ζχουν καλι ςυγκολλθςιμότθτα και χρθςιμοποιοφνται επίςθσ ωσ μζταλλα πλθρϊςεωσ series (Alloying Type Al Mg Si) ε γενικζσ γραμμζσ, αυτά τα κράματα δεν ζχουν τθν ίδια δφναμθ με εκείνα τθσ ςειράσ αλλά διακρίνονται από μια πολφ καλι ικανότθτα μορφοποίθςθσ κακϊσ και υψθλι αντιδιαβρωτικι αντοχι ςε ατμοςφαιρικζσ ςυνκικεσ. Είναι ιδιαίτερα θ ικανότθτά τουσ για επεξεργαςία εξϊκθςθσ ςε πολφπλοκεσ γεωμετρίεσ που παρουςιάηει πολλά πεδία εφαρμογισ, όπωσ ςε οικοδομικζσ εφαρμογζσ(παράκυρα, πόρτεσ, ζπιπλα), τθ ςυςκευι και τθν καταςκευι εμπορευματοκιβωτίων, πλοίων, καταςκευι οχθμάτων (ςιδθροδρομικϊν, επιβατικϊν και εμπορικϊν οχθμάτων, αεροπλάνων), εξαρτιματα μθχανϊν, κακϊσ και τθν βιομθχανία επεξεργαςίασ τροφίμων. Αυτοί οι τφποι των κραμάτων ζχουν από καλι, ζωσ ςχετικά περιοριςμζνθ ςυγκολλθςιμότθτα και κα πρζπει να ςυγκολλοφνται μόνο με τθ χριςθ υλικοφ πλιρωςθσ (κίνδυνοσ ρωγμάτωςθσ εν κερμϊ) series (Alloying Type Al Zn Mg(Cu)) Θ υψθλότερθ αντοχι επιτυγχάνεται ςτα κράματα από αυτιν τθν ομάδα, και αυξάνεται με τθν αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε Cu. Παρόμοια με τα υλικά τθσ ςειράσ 2000τα πεδία εφαρμογισ βαςίηονται ςτο υψθλό επιπζδο αντοχισ, δθλαδι τα κράματα αυτισ τθσ ςειράσ εφαρμόηονται κυρίωσ ςτθν καταςκευι μθχανϊν, ςτθν καταςκευι των οχθμάτων, κακϊσ και ςτθν αεροδιαςτθμικι βιομθχανία. Θ αντίςταςθ ςτθν διάβρωςθ είναι περιοριςμζνθ, ιδίωσ με τα κράματα που περιζχουν Cu. Μερικά κράματα, ωςτόςο, δεν μποροφν να ενωκοφν με ςυγκόλλθςθ τόξου. Αυτά τα κράματα είναι κατάλλθλα για προϊόντα εξϊκθςθσ όταν οι διαςτάςεισ του προφίλ είναι περιοριςμζνεσ λόγω τθσ ςχετικά υψθλισ τουσ αντοχισ. 14

15 2. ΙΓΙΟΣΗΣΔ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Οι ιδιότθτεσ ενόσ υλικοφ από αλουμίνιο εξαρτϊνται από: τθ χθμικι ςφνκεςθ τθ κερμοκραςία το είδοσ τθσ καταςκευισ (ταινία, ζλαςμα, εξϊκθςθ κλπ). Εκτόσ από τθν προςκικθ ςτοιχείων κράματοσ, τεχνικζσ διαδικαςίεσ όπωσ είναι θ ςκλιρυνςθ μζςω ψυχρισ παραμόρφωςθσ και διάφορεσ διαδικαςίεσ κερμικισ επεξεργαςίασ και οι ςυνδυαςμοί τουσ είναι διακζςιμεσ. Με τθν παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ, τα ελαττϊματα πλζγματοσ και θ πυκνότθτα των διαταραχϊν αυξάνει, με αποτζλεςμα από μία ςυγκεκριμζνθ πυκνότθτα και πάνω να μπλοκάρουν θ μία τθν άλλθ οδθγϊντασ ζτςι ςτθν ενίςχυςθ του υλικοφ. Από τθν άλλθ πλευρά θ κερμικι κατεργαςία μπορεί να πραγματοποιθκεί για να αυξθκεί θ ςκλιρυνςθ λόγω γιρανςθσ. Μία κερμικι κατεργαςία μπορεί επίςθσ να πραγματοποιθκεί με ςκοπό να μειϊςει τθν αντοχι. Ζνα παράδειγμα είναι θ μαλακι ανόπτθςθ (softannealing) με ανακρυςτάλλωςθ τθσ δομισ. Οι ςυνδυαςμοί τθσ παραμόρφωςθσ και τθσ κερμικισ κατεργαςίασ (κερμομθχανικι κατεργαςία) αντιπροςωπεφουν περαιτζρω δυνατότθτεσ που μποροφν να οδθγιςουν ςε ςυγκεκριμζνεσ ιδιότθτεσ των υλικϊν. Με οριςμζνα υλικά αλουμινίου θ ςυμπεριφορά κατακριμνιςθσ κατά τθ διάρκεια τθσ γιρανςθσ μπορεί να επθρεαςτεί κετικά από τθ παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ που πραγματοποιείται πριν. Εκτόσ των αναφερόμενων μθχανιςμϊν ενίςχυςθσ θενίςχυςθ ςτα όρια των κόκκων παίηει ρόλο. Μια λεπτόκοκκθ δομι ευνοεί τισ ιδιότθτεσ αντοχισ. 2.1 ΜΗ ΘΔΡΜΙΚΑ ΚΑΣΔΡΓΑΙΜΑ ΚΡΑΜΑΣΑ (NON-HEAT TREATABLE ALLOYS) τα μθ κερμικά κατεργάςιμα κράματα θαντοχι ςε εφελκυςμό επιτυγχάνεται με ςκλιρυνςθ λόγω ςτερεοφ διαλφματοσ ςκλιρυνςθ με κατακριμνιςθ δευτερογενϊν φάςεων μαλακι ανόπτθςθ (softannealing) ενδοτράχυνςθ (workhardening) ε αυτά τα κράματα θ κερμικι κατεργαςία κατά κφριο λόγο διεξάγεται, προκειμζνου να μαλακϊςει το υλικό και πάλι ςτον επικυμθτό βακμό. Οι ιδιότθτεσ των μθ κερμικά κατεργάςιμων κραμάτων δεν επιτρζπουν τθν αφξθςθ τθσ αντοχισ τεχνικά χρθςιμοποιϊντασ μία κερμικι κατεργαςία. 15

16 Solid solution strengthening Μζςω τθσ προςκικθσ κραματικϊν ςτοιχείων ςθμειϊνεται μια αφξθςθ ςτθν ςκλθρότθτα, τθν αντοχι ςε εφελκυςμό και το όριο διαρροισ λόγω των ξζνων ατόμων ςτο πλζγμα. Σα μεγζκθ ολκιμότθτασ όπωσ θ επιμικυνςθ και θ μείωςθ τθσ διατομισ μειϊνονται. Σα τεχνικά πιο ςθμαντικά ςτοιχεία που χρθςιμοποιοφνται για να ςχθματίςουν κράματα με το αλουμίνιο είναι: μαγνιςιο (Mg) πυρίτιο (Si) ψευδάργυροσ (Zn) μαγγάνιο (Mn) χαλκόσ (Cu) ςίδθροσ (Fe) Αυτά κακϊσ και ςυνοδευτικά ςτοιχεία όπωσ: λίκιο (Li) κοβάλτιο (Co) καςςίτεροσ (Sn) τιτάνιο (Ti) νικζλιο (Ni) μόλυβδοσ (Pb) βανάδιο (V) ηιρκόνιο (Zr) βιςμοφκιο (Bi) χρϊμιο (Cr) άργυροσ (Ag) λόγω των χαρακτθριςτικϊν ιδιοτιτων τουσ οδθγοφν ςε μια περιςςότερο ι λιγότερο ιςχυρι ςκλιρυνςθ λόγω ςτερεοφ διαλφματοσ με το ςχθματιςμό ςτερεϊν διαλυμάτων αντικατάςταςθσ. 16

17 Πίνακας 4. Ο πίνακασ δείχνει τθν αφξθςθ τθσ αντοχισ των υλικϊν αλουμίνιου κατά τθν προςκικθ 1% κατά βάροσ οριςμζνων ςτοιχείων κραματοποίθςθσ, ανάλογα με τθν αναλογία των ατομικϊν ακτινϊν ςε ςφγκριςθ με το αλουμίνιο. Σα ςτοιχεία με τα μικρότερα και τα μεγαλφτερα ατομικά πλζγματα ακτινϊν λόγω των ςτρεβλϊςεων που προκαλοφν ςτθ μιτρα αλουμινίου οδθγοφν ςτθν ενίςχυςθ του υλικοφ. Εδϊ, μια διαφορετικι ιςχυρι επίδραςθ ςτο όριο εφελκυςμοφ και το όριο διαρροισ μπορεί να αναγνωριςτεί ςτα ςτοιχεία κράματοσ, δθλαδι ο λόγοσ του ορίου διαρροισ προσ το όριο εφελκυςμοφ Rp0,2/Rm επθρεάηεται με διαφορετικό τρόπο από τα διάφορα κραματικά ςτοιχεία. Όπωσ φαίνεται το μαγνιςιο και το μαγγάνιο οδθγοφν ςε μια ςχετικά υψθλι αφξθςθ των παραμζτρων αντοχισ ςε εφελκυςμό ςε ςφγκριςθ με άλλα ςτοιχεία. Αυτόσ είναι ο λόγοσ που πολλά κράματα αλουμινίου περιζχουν και τα δφο ςτοιχεία μαηί, δεδομζνου ότι τα αποτελζςματα μπορεί ακόμθ και να ενιςχφςουν το ζνα το άλλο. Σκλήρυνση με δευτερεφουσα κατακρήμνιση (Secondary Particle Strengthening) Σα ςτοιχεία Fe, Ni, Ti, Zr ι Cr κακϊσ και οι ςυνδυαςμοί αυτϊν ςχθματίηουν κατά κφριο λόγο δευτερεφουςεσ κατακρθμνίςεισ φάςεων με ςχετικά χαμθλι διαλυτότθτα ςτο αλουμίνιο. Όςο υψθλότεροσ είναι ο όγκοσ αυτϊν των κατακρθμνίςεων ςτθ δομι, τόςο μεγαλφτερθ είναι θ επίδραςθ ενίςχυςθσ. Ο μθχανιςμόσ αυτοφ του φαινόμενου είναι αντίςτοιχοσ με τθν ςκλιρυνςθ λόγω κατακρθμνίςεων, αλλά θ διαφορά είναι ότι οι φάςεισ αυτζσ δθμιουργοφνται κατά κφριο λόγο απευκείασ από το τιγμα κατά τθ ςτερεοποίθςθ και δεν επθρεάηονται από τισ διαδικαςίεσ των κερμικϊν κατεργαςιϊν, που ςυμβαίνουν κατά τθν ςκλιρυνςθ λόγω γιρανςθσ. Ενδοτράχυνση (Work Hardening) Θ παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί αυξάνει τθν πυκνότθτα των διαταραχϊν, και ςαν αποτζλεςμα τθν αντίςταςθ ςε παραμόρφωςθ και επομζνωσ τθν αντοχι και τθν ςκλθρότθτα, αντίςτοιχα. Σο διάγραμμα (ςχιμα 9) δείχνει αυτι τθν επίδραςθ τθσ αφξθςθσ τθσ αντοχισ λόγω ςτερεοφ διαλφματοσ μζςω του μαγνθςίου, και πωσ αυτό επθρεάηει τθν αντοχι ςε εφελκυςμό και το όριο διαρροισ. Λόγω παραμόρφωςθσ εν ψυχρϊ, τα χαρακτθριςτικά μεγζκθ του εφελκυςμοφ αυξάνονται ςε μεγάλο βακμό ςε ςθμείο που θ αναλογία όριο διαρροισ/όριο εφελκυςμοφ προςεγγίηει τθν τιμι 1, δθλαδι το υλικό γίνεται πιο εφκραυςτο. Αντοχι ςε εφελκυςμό και όριο διαρροισ είναι πολφ κοντά το ζνα ςτο άλλο (ςχιμα 10). 17

18 Σχήμα 9.Αφξθςθ τθσ αντοχισ με μθ κερμικά κατεργαςμζνα υλικά Σχήμα 10.Επιρροι τθσ παραμόρφωςθσ εν ψυχρϊ ςτισ ιδιότθτεσ εφελκυςμοφ 18

19 Θερμική κατεργασία Με αυτόν τον τφπο των υλικϊν θ κερμικι κατεργαςία διεξάγεται με ςκοπό τθν εν μζρει ι πλιρωσ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ που αυξικθκε λόγω ψυχρισ παραμόρφωςθσ. Θ κζρμανςθ ςε ςχετικά χαμθλζσ κερμοκραςίεσ (μζχρι 250 C C) οδθγεί ςε μια ανάκτθςθ των ιδιοτιτων που άλλαξαν λόγω παραμόρφωςθσ εν ψυχρϊ, χωρίσ αλλαγι των ορίων των κόκκων, δθλαδι χωρίσ επανακρυςτάλλωςθ τθσ δομισ. Θ κερμικι κατεργαςία του υλικοφ που ονομάηεται ανάκτθςθ (recovery) λαμβάνει χϊρα ιδθ από το χαμθλότερο εφροσ κερμοκραςίασ οδθγεί ςε μια ελαφρά μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ και αντοχισ, αντίςτοιχα μζςω τθσ τροποποίθςθσ τθσ ποςότθτασ των διαταραχϊν και τθσ διάταξθσ τουσ. Αυτό μπορεί να οδθγιςει ςτθν δθμιουργία ορίων υπο-κόκκων (polygonisation) και ςτο ςχθματιςμό περιοχϊν με μικρότερθ πυκνότθτα διαταραχϊν. Περαιτζρω μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ πραγματοποιείται με ανακρυςτάλλωςθ τθσ δομισ, δθλαδι τθν παραγωγι νεωρίων των κόκκων και τθν κίνθςθ τουσ μζςα ςτο υλικό. Αυτό μπορεί να οδθγιςει ςε πλιρθ ι εν μζρει μείωςθ των ιδιοτιτων που λαμβάνονται με τθν ψυχρι παραμόρφωςθ. Ανάλογα με τθν κερμοκραςία και τον χρόνο τθσ ςυγκεκριμζνθσ κατεργαςίασ το υλικό μπορεί να ανακρυςταλλωκεί πλιρωσ θ μερικϊσ. Λόγω αυτισ τθσ ανόπτθςθσ μια καλφτερθ ςυμπεριφορά παραμόρφωςθσ μπορεί να επιτευχκεί. Σχήμα 11. κλιρυνςθ / μείωςθ τθσ ςκλιρυνςθσ. 19

20 Περικρυσταλλική διάβρωση Τλικά που ζχουν περιςςότερο από 3% βάροσ μαγνιςιο μπορεί να ζχουν μια δομικι κατάςταςθ που δθμιουργεί ευαιςκθςία ςτθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ. Θ ενδομεταλλικι ζνωςθ Al8Mg5 του ςυςτιματοσ ΑΙ-Mg ςε ςφγκριςθ με το υλικό τθσ μιτρασ αντιδρά ανοδικά, δθλαδι εάν ζνασ κατάλλθλοσ θλεκτρολφτθσ είναι παρϊν, αυτι θ φάςθ διαλφεται ςτθ δομι πλζγματοσ. Με μια αρκετά πυκνι ςυγκζντρωςθ αυτϊν των κατακρθμνίςεων ςτα όρια των κόκκων, θπερικρυςταλλικι διάβρωςθ μπορεί να προχωριςει και να οδθγιςει ςε πρόωρθ βλάβθ των εξαρτθμάτων που καταςκευάηονται από το υλικό αυτοφ του τφπου που περιζχει Mg. Ιδιαίτερα κρίςιμο για τθν εμφάνιςθ αυτοφ του φαινομζνου είναι θ παρατεταμζνθ κζρμανςθ των υλικϊν αυτϊν ςε κερμοκραςία ςτθν περιοχι μεταξφ C κακϊσ ςε αυτι τθν κερμοκραςία δθμιουργείται μία πυκνότθτα κατακριμνιςθσ θ οποία είναι κρίςιμθ για τθν εκδιλωςθ τθσ περικρυςταλλικισ διάβρωςθσ. Κατά τθν παραςκευι θμικατεργαςμζνων προϊόντων που καταςκευάηονται από τα κράματα αυτά είναι δυνατόν να προςαρμοςτοφν οι ιδιότθτεσ των υλικϊν με τθ βοικεια τθσ ςτακεροποίθςθσ ςε τζτοιο βακμό ϊςτε να μθν είναι ευαίςκθτα ςε περικρυςταλλικι διάβρωςθ. Με ανόπτθςθ πάνω από περίπου τουσ 250 C θ κατανομι των κατακρθμνίςεων ςτθ δομι πλζγματοσ είτε παρεμποδίηει είτε κακυςτερεί τθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ. Θα πρζπει να αναφερκεί ότι τα υλικά που ζχουν υποςτεί μείωςθ ςκλθρότθτασ (softannealed) ςφμφωνα με τθν μικροδομι τουσ δεν είναι ευαίςκθτα ςτο φαινόμενο τθσ περικρυςταλλικισ διάβρωςθσ που αναφζρεται ςε αυτι τθν ενότθτα. Σφστημα για την ονομασία της τελικής κατεργασίας (Tempers) Ζνα υλικό αλουμίνιου κακορίηεται από τθν ονομαςία του κράματοσ και τθσ τελικισ του κατεργαςίασ(temper) ενϊ θ δεφτερθ είναι πίςω από τθν ονομαςία του κράματοσ και χωρίηονται από μια παφλα. F, (asfabricated): Πρζπει να τονιςτεί εδϊ ότι τα υλικά αυτισ τθσ κατθγορίασ δεν ζχουν τιμζσ αντοχισ που υποδεικνφονται και κακορίηονται ςτα πρότυπα ι τουσ κανονιςμοφσ, αντίςτοιχα. Μόνο θ ςφνκεςθ του κράματοσ μπορεί να αναφζρεται. Μια τυπικι περίπτωςθ εφαρμογισ είναι πλινκϊματα που δεν ζχουν παραμορφωκεί περαιτζρω μετά τθ χφτευςθ. O, (softannealed):εδϊ, θ αντοχι προζρχεται από τθν ςφνκεςθ του κράματοσ, δθλαδι κυρίωσ από τθν ςκλιρυνςθ ςτερεοφ διαλφματοσ. Συχόν ενδοτράχυνςθ ζχει αφαιρεκεί πλιρωσ και πάλι από ανακρυςτάλλωςθ. Με τα κερμικά κατεργαςμζνα κράματα το φαινόμενο τθσ γιρανςθσ αποφεφγεται με αργι ψφξθ μετά από αυτι τθν κερμικι κατεργαςία μείωςθσ τθσ ςκλθρότθτασ (soft annealing).τα πρότυπα, μία μζγιςτθ αποδεκτι τιμι αναφζρεται για τθν αντοχι των κερμικά κατεργαςμζνων κραμάτων. τα μθ κερμικά κατεργάςιμα κράματα οι ελάχιςτεσ τιμζσ τθσ αντοχισ εξαρτϊνται από το περιεχόμενο των ςτοιχείων του κράματοσ. 20

21 H,Strain hardened:σο "Θ" ςθμαίνει ςκλιρυνςθ και περιγράφει μια αφξθςθ ςτθ δφναμθ των μθ κερμικά κατεργάςιμων υλικϊν με ενδοτράχυνςθ. H1x,Strainhardened, without additional thermal treatment:σο ψθφίο 1, μετά το H δθλϊνει ότι τα υλικά ζχουν ςκλθρφνει χωρίσ πρόςκετθ κερμικι επεξεργαςία. Ανάλογα με το βακμό τθσ ενδοτράχυνςθσ, και άρα το ποςό τθσ αντοχισ, ζνα δεφτερο ψθφίο 1-9 προςτίκεται με "1", να ςθμαίνει πολφ μικρι ςκλιρυνςθ και "9" πολφ ςκλθρό. H2x,Cold hardened and back annealed; Slightly improved deformation behaviour:σο ψθφίο 2 ορίηει ότι εκτόσ από ενδοτράχυνςθ, ζχει εφαρμοςτεί ανόπτθςθ με ςτόχο τθν μερικι αποςκλιρυνςθ και τθν μερικι ανακρυςτάλλωςθ. Σο δεφτερο ψθφίο δθλϊνει το βακμό τθσ τελικισ ςκλιρυνςθσ. Γίνεται προφανζσ ότι ο μεγαλφτεροσ αρικμόσ μπορεί να είναι 8, δεδομζνου ότι θ H28 temper παράγεται από τθ μερικι ανόπτθςθ του Θ19 temper. H1x και H2x tempers με τον ίδιο βακμό ςκλιρυνςθσ (π.χ. Με το ίδιο δεφτερο ψθφίο) διακρίνονται ο ζνασ τον άλλον από τθν καλφτερθ ικανότθτα παραμόρφωςθσ των temper H2x λόγω ανόπτθςθσ, δθλαδι οι χαρακτθριςτικζσ τιμζσ τθσ αντοχισ ζχουν τισ ίδιεσ τιμζσ εκτόσ από τισ τιμζσ επιμικυνςθσ. H3xStrain hardened and stabilized:όπωσ ιδθ περιγράφεται ςε προθγοφμενθ ενότθτα για τθν «περικρυςταλλικι διάβρωςθ», κράματα που περιζχουν υψθλό ποςοςτό μαγνιςιου, παράγονται με τθ βοικεια μιασ κατάλλθλθσ ανόπτθςθσ ςτακεροποίθςθσ που δεν παρουςιάηει ευαιςκθςία ςτθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ λόγω κατακριμνιςθσ ανοδικϊν φάςεων. Σα υλικά που ζχουν υποςτεί αυτι τθν κατεργαςία (temper) είναι ςυγκρίςιμα με αυτά που περιγράφονται ωσ Θ2x. Θ διαφορά εντοφτοισ είναι ότι μετα tempers H3x θ αντίςταςθ ςτθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ πρζπει να αποδειχκεί από τον καταςκευαςτι με τθν πραγματοποίθςθ ςυγκεκριμζνων δοκιμϊν. H4x,Strain hardened and stove enameled:εξαιτίασ τθσ κερμότθτασ που ειςάγεται με τθν επιςμάλτωςθ ςε φοφρνο, οι ιδιότθτεσ των υλικϊν επθρεάηονται με παρόμοιο τρόπο με τισ κατεργαςίεσ H2x και H3x. Για αυτό τον λόγο οι ςχετικζσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ πρζπει να αποδεικνφονται από τον καταςκευαςτι. 2.2 ΘΔΡΜΙΚΑ ΚΑΣΔΡΓΑΜΔΝΑ ΚΡΑΜΑΣΑ Οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ αυτϊν των τφπων των κραμάτων προςδιορίηονται κυρίωσ από τθ χθμικι ςφνκεςθ όπωσ με τα μθ κερμικά κατεργαςμζνα κράματα. Οι ίδιοι μθχανιςμοί ςκλιρυνςθσ, όπωσ ςκλιρυνςθ λόγω ςτερεοφ διαλφματοσ, κατακριμνιςθσ δευτερογενϊν φάςεων ι ςκλιρυνςθ λόγω παραμόρφωςθσ λειτουργοφν και ςε αυτά τα κράματα. Θ κυρίωσ αντοχι ωςτόςο επιτυγχάνεται με τθν ενίςχυςθ λόγω κατακρθμνίςεων ςωματιδίων. Για το ςκοπό αυτό, θ κερμικι κατεργαςία ςκλιρυνςθσ λόγω γιρανςθσ εφαρμόηεται ςε τρία ςτάδια: 21

22 Θερμικι κατεργαςία διαλυτοποίθςθσ (solid solution annealing) Γριγορθ ψφξθ γιρανςθ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Επιπλζον, είναι επίςθσ δυνατό με αυτά τα υλικά να λθφκεί επιπρόςκετθ αντοχι ςε εφελκυςμό από ενδοτράχυνςθ. Προκειμζνου να ςκλθρφνει ζνα ςφςτθμα κράματοσ λόγω γιρανςθσ ςτθν πράξθ, πρζπει να πλθροφνται οι ακόλουκεσ προχποκζςεισ: Σκλήρυνση Τπάρχει μια περιοριςμζνθ διαλυτότθτα του ςτοιχείου(ων) του κράματοσ ςτθ ςτερεά κατάςταςθ (ςτερεό διάλυμα) Θ διαλυτότθτα να μειϊνεται με μείωςθ τθσ κερμοκραςίασ Ζνα υπερκορεςμζνο ςτερεό διάλυμα να παράγεται ςε κερμοκραςία δωματίου Ο μθχανιςμόσ τθσ γιρανςθσ να μπορεί να δϊςει τεχνικά χρθςιμοποιιςιμα αποτελζςματα ςκλφρθνςθσ. Θκερμικικατεργαςίαδιαλυτοποίθςθσχρθςιμεφειςτοναεμπλουτίςειτοςτερεόδιάλυμαμετακρ αματικά ςτοιχεία που κα προςφζρουν αποτελεςματικι ςκλιρυνςθ. Για αυτό τον ςκοπό το υλικό κερμαίνεται μζχρι (ι λίγο χαμθλότερα) από τθ χαμθλότερθ κερμοκραςία liquidus του κραματικοφ ςυςτιματοσ - τθν ευτθκτικι κερμοκραςία - και κρατιζται εκεί για ζνα ςυγκεκριμζνο χρονικό διάςτθμα. Ζνα κορεςμζνο ομογενζσ ςτερεό διάλυμα δθμιουργείται με αυτόν τον τρόπο. Συπικά παραδείγμα τα χρόνου που απαιτείται για τθν ανόπτθςθτθσ διαλυτοποίθςθσ ςε ςτερεό διάλυμα είναι μεταξφ 10 και 60 λεπτϊν. Μζςωτθσακόλουκθσγριγορθσψφξθστοςτερεόδιάλυμαεμπλουτίηεταιςεκραματικάςτοιχείακ αιμετατρζπεται ςε υπερκορεςμζνθ κατάςταςθ. Θ απαιτοφμενθ ταχφτθτα ψφξθσ κακορίηεται από τισ ιδιότθτεσ του κραματικοφ ςυςτιματοσ. Σα κράματα Al-Cu π.χ. πρζπει να ψυχκοφν όςο πιο γριγορα γίνεται με τθν χριςθ νεροφ, ϊςτε να παραχκεί ζνα υπερκορεςμζνο διάλυμα. Με άλλα υλικά όπωσ τα κράματα Al-Mg-SiιAl-Zn θ ψφξθ με ψεκαςμό νεροφ ι ςτον αζρα μπορεί να είναι επαρκισ. Ζναάλλοαποτζλεςματθσψφξθσ,είναιτοπάγωματθσυψθλισςυγκζντρωςθσκενϊνπουυπάρχου νςτθνυψθλικερμοκραςίατθσδιαλυτοποίθςθσ ςτθν κερμοκραςία του περιβάλλοντοσ. Αυτόβοθκάειτθνδιεργαςίατθσδιάχυςθσπουαπαιτείταιϊςτετοεπόμενοςτάδιοτθσκερμικισκα τεργαςίασ, αυτό τθσ γιρανςθσ να ςυμβεί ςε ςχετικά χαμθλζσ κερμοκραςίεσ και ςφντομο χρόνο. Κατάτθνδιάρκειατθσγιρανςθσθοποίαγίνεταιείτεςεκερμοκραςίαπεριβάλλοντοσείτεςεμίαυψ θλότερθκερμοκραςίαμεταξφ C, το υπερκορεςμζνο ςτερεό διάλυμα μετατρζπεται ςτθν κερμοδυναμικά ςτακερι φάςθ ιςορροπίασ όπου τα κραματικά ςτοιχεία 22

23 κατακρθμνίηονται από αυτό. Ανάλογα με τον τφπο των κατακρθμνίςεων που ςχθματίηονται, διαφορετικζσ τιμζσ ςκλθρότθτασ και αντοχισ επιτυγχάνονται ςτο υλικό. Δεδομζνου ότι, ανάλογα με το ςφςτθμα κράματοσ και ανάλογα με τθ κερμοκραςία γιρανςθσ και χρόνου, πολφ διαφορετικζσ φάςεισ μπορεί να ςχθματίηονται, οι διαφόρων τφπων κατακρθμνίςεισ εξθγοφνται μόνο επί τθσ αρχισ. Οι διάφορεσ κατακρθμνίςεισ που ςυμβαίνουν κατά τθν διάρκεια ενόσ μθχανιςμοφ γιρανςθσ μπορεί να είναι ςυνεκτικζσ, μερικϊσ ςυνεκτικζσ ι μθ ςυνεκτικζσ. Σο κρυςταλλικό πλζγμα των ςυνεκτικϊν κατακρθμνίςεων είναι ενωμζνο με το κρυςταλλικό πλζγμα του μετάλλου και θ απόςταςθ μεταξφ των ατόμων οδθγεί ςτθν φπαρξθ τάςεων ςτο κράμα. Οι μερικϊσ ςυνεκτικζσ κατακρθμνίςεισ ενϊνονται με το κρυςταλλικό πλζγμα του μετάλλου ςε περιοριςμζνα μόνο ςθμεία, ενϊ οι μθ ςυνεκτικζσ αντιπροςωπεφουν τθν κερμοδυναμικά ςτακερι φάςθ ιςορροπίασ και ζχουν μία κρυςταλλικι δομι που είναι πάντα διαφορετικι από αυτι του μετάλλου. Αυτζσ οι ενδομεταλλικζσ φάςεισ χαρακτθρίηονται και από διαφορετικζσ χθμικζσ και φυςικζσ ιδιότθτεσ ςε ςχζςθ με το υπόλοιπο μζταλλο. Οιδιαφορετικοίτφποικατακρθμνίςεωνπαρουςιάηουνεμπόδιαγιατθνκίνθςθτωνδιαταραχϊνο δθγϊντασζτςιςεμίααφξθςθτθσ ςκλθρότθτασ και τθσ αντοχισ. Οβακμόσαυτιστθσαλλαγιστωνμθχανικϊνιδιοτιτωντουκράματοσεξαρτάταιαπότοκάκεεπιμζ ρουσκραματικόςφςτθμα. Σκλήρυνση λόγω γήρανσης Με τθν αφξθςθ του χρόνου και τθσ κερμοκραςίασ τθσ γιρανςθσ αλλάηει το μζγεκοσ και θ απόςταςθ μεταξφ των κατακρθμνίςεων, με αποτζλεςμα να αλλάηει και ο μθχανιςμόσ με τον οποίο αυτζσ αλλθλοεπιδροφν με τισ διαταραχζσ του υλικοφ. Κατά τθν κίνθςθ τουσ οι διαταραχζσ μπορεί είτε να τζμνουν είτε να καμπυλϊνουν και να παρακάμπτουν τισ κατακρθμνίςεισ. Ενϊ θ αντίςταςθ που αντιμετωπίηει ο πρϊτοσ μθχανιςμόσ κίνθςθσ των διαταραχϊν αυξάνεται με τον χρόνο και τθν κερμοκραςία τθσ γιρανςθσ θ αντίςταςθ του δεφτερου μθχανιςμοφ κίνθςθσ των διαταραχϊν μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ και του χρόνου γιρανςθσ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα να υπάρχει μία βζλτιςτθ διαςπορά και μζγεκοσ των ςωματιδίων κατακριμνιςθσ για το οποίο επιτυγχάνεται θ βζλτιςτθ ςκλιρυνςθ του υλικοφ, ενϊ από κάποιο μζγεκοσ των κατακρθμνίςεων και πάνω οι διαταραχζσ του υλικοφ αρχίηουν να καμπυλϊνουν και να παρακάμπτουν τισ κατακρθμνίςεισ, με αποτζλεςμα να μειϊνεται θ ςκλθρότθτα του υλικοφ. Αυτόσ ο μθχανιςμόσ μείωςθσ τθσ ςκλθρότθτασ του υλικοφ ονομάηεται υπεργιρανςθ (overageing). φμφωνα με τα παραπάνω θ τυπικι ςυμπεριφορά ενόσ μθχανιςμοφ γιρανςθσ περιλαμβάνει μία αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ μζχρι τθν βζλτιςτθ κατάςταςθ ςκλιρυνςθσ με μία ακόλουκθ μείωςθ λόγω υπεργιρανςθσ. Όπωσ φαίνεται και ςτο ςχιμα 16, ςε μία διαδικαςία γιρανςθσ όχι μόνο το επίπεδο τθσ ςκλιρυνςθσ και θ χρονικι διάρκεια που απαιτείται για να επιτευχκεί αυτι αλλάηει με τθν κερμοκραςία, αλλά επίςθσ θ χρονικι διάρκεια για τθν οποία θ μζγιςτθ τιμι ςκλιρυνςθσ παραμζνει ςτακερι. Αυτι θ 23

24 ςυμπεριφορά κακορίηει και τισ τιμζσ ςκλιρυνςθσ ςτθν ΘΕΗ των κερμικά κατεργαςμζνων κραμάτων αλουμινίου. Πρζπει επίςθσ να τονιςτεί ότι θ αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ - ιδιαίτερα θ ευαιςκθςία ςε περικρυςταλλικι διάβρωςθ και εργοδιάβρωςθ - των κερμικϊν κατεργαςμζνων υλικϊν εξαρτάται από τισ ςυνκικεσ τθσ γιρανςθσ. Θ τεχνθτι γιρανςθ είναι γενικά πιο ςτακερι από τθν φυςικι γιρανςθ. ε πολλά υλικά, θ υπεργιρανςθ μειϊνει τθν ευαιςκθςία ςτθν εργοδιάβρωςθ. Σχήμα 16.Θ πορεία τθσ ςκλιρυνςθσ όπωσ κακορίηεται από το φψοσ τθσ κερμοκραςίασ γιρανςθσ και το χρόνο. Θερμομηχανική κατεργασία Για τα κερμικά κατεργαςμζνα κράματα ο ςυνδυαςμόσ τθσ κερμικισ επεξεργαςίασ για τθν ςκλιρυνςθ λόγω γιρανςθσ μαηί με τθν παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ είναι μεγάλθσ τεχνικισ ςθμαςίασ. Με αυτζσ τισ διαδικαςίεσ κερμομθχανικισ κατεργαςίασ: Θ αντοχι του κράματοσ μπορεί να αυξθκεί περαιτζρω, Θ ςυμπεριφορά του μθχανιςμοφ γιρανςθσ και θ επακόλουκθ ςκλιρυνςθ μπορεί να επθρεαςτεί Οι παραμζνουςεσ τάςεισ μπορεί να μειωκοφν Θ ακρίβεια διαςτάςεων ενόσ εξαρτιματοσ μπορεί να βελτιωκεί. Με τθ βοικεια τθσ ψυχρισ παραμόρφωςθσ μετά τθν ψφξθ για παράδειγμα, λόγω τθσ αφξθςθσ του αρικμοφ των διαταραχϊν, θ φυςικι και θ τεχνθτι γιρανςθ επθρεάηονται. ε γενικζσ γραμμζσ, οι διαταραχζσ ενεργοφν ωσ πυρινεσ που επιταχφνουν το χρόνο που απαιτείται για τθ γιρανςθ. Οι επιδράςεισ των κερμομθχανικϊν κατεργαςιϊν ςτο όριο 24

25 διαρροισ 0,2% και τθν αντοχι ςε εφελκυςμό, είναι διαφορετικζσ ανάλογα με το ςφςτθμα κράματοσ. ε πολλά κράματα το όριο διαρροισ αυξάνεται από τθν ενδοτράχυνςθ πριν από τθν φυςικι γιρανςθ, ενϊ θ μζγιςτθ αντοχι εφελκυςμοφ του υλικοφ που δεν ζχει παραμορφωκεί δεν λαμβάνεται κατά τθν τεχνθτι γιρανςθ. Αυτόσ ο ςυνδυαςμόσ τθσ κερμομθχανικισ κατεργαςίασ μπορεί να ςυμπλθρωκεί με τθ δυνατότθτα τθσ φυςικισ γιρανςθσ που πραγματοποιείται ςκόπιμα πριν από τθν τεχνθτι γιρανςθ Σα αποτελζςματα αυτϊν των διεργαςιϊν ςτισ μθχανικζσ τεχνολογικζσ ιδιότθτεσ των κραμάτων αλουμινίου είναι διαφορετικά για κάκε κραματικό ςφςτθμα και δεν κα αναφερκοφν εδϊ λεπτομερϊσ. Σφστημα για την ονομασία της τελικής κατεργασίας (Tempers) Ο χαρακτθριςμόσ τθσ τελικισ κατεργαςίασ (tempers) για τα κερμικά κατεργαςμζνα κράματα αλουμινίου αρχίηει με το "Σ" για κερμικι κατεργαςία. Σα ψθφία τοποκετοφνται ςε αυτιν για τουσ ςκοποφσ τθσ ταξινόμθςθσ των διαφόρων τελικϊν κατεργαςιϊν(tempers). Οι επιμζρουσ ςθμαςίεσ μποροφν να λθφκοφν από τον ακόλουκο κατάλογο: T1 Cooled from elevated temperature shaping process and naturally aged. T2 Cooled from elevated temperature shaping process, cold worked andnaturally aged. T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Solution heat treated, cold worked and naturally aged. Solution heat treated and naturally aged. Cooled from elevated temperature shaping process and artificially aged. Solution heat treated and artificially aged. Solution heat treated and stabilized. Solution heat treated, cold worked and artificially aged. Solution heat treated, artificially aged and cold worked. περαιτζρω ψθφία Εκτόσ από αυτι τθν κατάταξθ μζχρι και τρία επιπλζον ψθφία μπορεί να τοποκετθκοφν ςε μία από τισ ονομαςίεσ που αναφζρονται επάνω, προκειμζνου να περιγράψουν τθν τελικι κατεργαςία διακριτά από τουσ άλλουσ περιοριςμοφσ. Οι επιμζρουσ ςυμβολιςμοί για κάκε ςτοιχείο μπορεί να λθφκεί από τα ιςχφοντα πρότυπα. Οι αρικμοί «51» και «52» ζχουν ανατεκεί, προκειμζνου να περιγραφοφν οι εςωτερικζσ τάςεισ (παραμζνουςεσ τάςεισ), οι οποίεσ π.χ. ζχουν δθμιουργθκεί με ψφξθ μετά τθ κερμικι κατεργαςία διαλφματοσ και δεν ζχουν απομακρυνκεί μζχρι μία κακοριςμζνθ τιμι με τθ βοικεια επιμικυνςθσ ι ςυμπίεςθσ. Tx51 Tx52 Stress relieved by stretching in Tx temper. Stress relieved by compressing in Tx temper. 25

26 ε περίπτωςθ που κάποιο υλικό δεν κα πρζπει να ςκλθρυνκεί λόγω προγραμματιςμζνθσ περαιτζρω επεξεργαςίασ, μπορεί να δίνεται ςε κατάςταςθ διαλυτοποίθςθσ ςε ςτερεά κατάςταςθ (solution annealed). ε αυτι τθν περίπτωςθ ςυμβολίηεται με το γράμμα W. W Solution heat treated (unstable temper; the time range of natural ageing may be defined:w2h). τθν κοινι πρακτικι υπάρχουν ωσ επί το πλείςτων οι τελικζσ κατεργαςίεσ (tempers) Σ4 και Σ6,κακϊσ και Σ5. Σα ςφμβολα Σ4 και Σ6 ςθμαίνουν ότι το ενδιάμεςο προϊόν ζχει υποςτεί μία κερμικι κατεργαςία διαλυτοποίθςθσ (solution heat treated), γριγορθ ψφξθ (quenched) και φυςικι ι τεχνθτι γιρανςθ ςε ειδικοφσ φοφρνουσ. τθν τελικι κατεργαςία Σ5 (παρόμοια και με τθν Σ1) θ διαλυτοποίθςθ πραγματοποιείται κατευκείαν κατά τθν διάρκεια τθσ εν κερμϊ παραμόρφωςθσ όπωσ π.χ. κατά τθν εξϊκθςθ ι τθν κερμι ζλαςθ. Αυτό ςθμαίνει ότι θ διαδικαςία παραμόρφωςθσ πρζπει να εγγυθκεί ότι από τθ μία πλευρά επιτυγχάνεται επαρκισ διαλυτοποίθςθκαι από τθν άλλθ πλευρά ότι θ ψφξθ είναι αρκοφντωσ γριγορθ. Οι τελικζσ κατεργαςίεσ Σ2, Σ3, Σ8 και Σ9 αντιπροςωπεφουν τισ διαδικαςίεσ κερμομθχανικισ επεξεργαςίασ. Θ Σ7 εφαρμόηεται κυρίωσ με υλικά τα οποία εκτόσ από υψθλι αντοχι ςε εφελκυςμό ζχουν καλι αντοχι ςτθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ και τθν εργοδιάβρωςθ. Αυτά τα υλικά εφαρμόηονται κυρίωσ ςτθν αεροναυπθγικι βιομθχανία. 3. ΤΓΚΟΛΛΗΙΜΟΣΗΣΑ τα προθγοφμενα κεφάλαια περιγράφθκαν οι τεχνικζσ διαδικαςίεσ για τθν παραγωγι θμικατεργαςμζνων προϊόντων αλουμινίου με ςυγκεκριμζνεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ. Όταν ςυγκολλοφνται αυτά τα υλικά, οι ιδιότθτεσ επθρεάηονται από διεργαςίεσ παρόμοιεσ με τισ τελικζσ κερμικζσ κατεργαςίεσ που περιγράφονται παραπάνω. Θ διαφορά, ωςτόςο είναι ότι αυτζσ οι διεργαςίεσ δεν μποροφν να πραγματοποιθκοφν ςκόπιμα ςε ςχζςθ με τθν επίτευξθ των μθχανικϊν ιδιοτιτων. Ωσ εκ τοφτου, οι ςυνζπειεσ για τισ μθχανικζστεχνολογικζσ ιδιότθτεσ δεν μποροφν να δθλϊνονται ποςοτικά. Με τθν κερμικι παροχι μζςω τθσ διαδικαςίασ ςυγκόλλθςθσ, π.χ. ζνα κερμικά κατεργάςιμο κράμα αλουμινίου κα υποςτεί διαλυτοποίςθ ςε ςτερεά κατάςταςθ (solid solution), γριγορθ ψφξθ (quenching) ι τεχνθτι γιρανςθ (artificialaging) ανάλογα με τθν απόςταςθ αυτισ τθσ περιοχισ από τθν γραμμι τιξθσ. Αυτζσ οι κερμικζσ κατεργαςίεσ, όμωσ δεν πραγματοποιοφνται κατά το μζτρο που είναι αναγκαίο για τθν επίτευξθ των επικυμθτϊν ιδιοτιτων. Οι περίοδοι διαλυτοποίθςθσ και γιρανςθσ είναι ςυνικωσ είναι ςυνικωσ πολφ μικροί, ενϊ και ο χρόνοσ ψφξθσ δεν επαρκεί. Μθ κερμικά κατεργάςιμα υλικά που ζχουν ενδοτραχυνκεί κα ανακρυςταλλωκοφν ςτθν ΘΕΗ. Θ ςυνζπεια και ςτισ δφο περιπτϊςεισ είναι θ μείωςθ τθσ αντοχισ, χωρίσ αυτι θ ζκταςθ αυτοφ του φαινομζνου να μπορεί να δθλωκεί ποςοτικά. 26

27 Σζλοσ, μζςω τθσ τιξθσ του μετάλλου βάςθσ θ ςφνκεςθ των υλικϊν κα μεταβλθκεί περιςςότερο ι λιγότερο με τθν προςκικθ των μετάλλων πλιρωςθσ ι τθν οξείδωςθ(burnoff) ςτοιχείων του κράματοσ. Χαρακτηριστικά του αλουμινίου κατά τη συγκόλληση ε ςφγκριςθ με ςίδθρο, το αλουμίνιο ζχει το ακόλουκα χαρακτθριςτικά κατά τθν ςυγκόλλθςθ: Ζχει υψθλι ςυγγζνεια προσ το οξυγόνο που οδθγεί ςτο ςχθματιςμό ενόσ περιςςότερου ι λιγότερου ζντονα ανεπτυγμζνου επιςτρϊματοσ οξειδίου ςτθν εξωτερικι επιφάνεια. Ο ςχθματιςμόσ ενόσ επιςτρϊματοσ οξειδίου δεν μπορεί να αποφευχκεί υπό κανονικζσ ςυνκικεσ. Είναι ςθμαντικό, ωςτόςο, ιδίωσ κατά τθν εφαρμογι πλιρωσ μθχανοποιθμζνων διαδικαςίων ςυγκόλλθςθσ το ςτρϊμα του οξειδίου να είναι ομοιόμορφο και να μθν ζχει πολφ μεγάλο πάχοσ, αν είναι δυνατόν, αφοφ αυτό μπορεί να οδθγιςει ςε εγκλείςματα και να προκαλζςει μία αςτακι, ακανόνιςτθ πορεία τθσ διαδικαςίασ ςυγκόλλθςθσ. Σο αλουμίνιο ζχει ςχετικά υψθλι κερμικι αγωγιμότθτα που οδθγεί ςτθν ανάγκθ προκζρμανςθσ ειδικότερα ςτα παχφτερα ελάςματα για να εξαςφαλίηεται επαρκοφσ κερμότθτασ για τθν τιξθ του μετάλλου βάςθσ και τθν αποφυγι ελαττωμάτων ατελοφσ τιξθσ. Ρωγμζσ λόγω ςκλθρότθτασ όπωσ με πολλοφσ χάλυβεσ δεν μποροφν ςυμβοφν ςτο αλουμίνιο, αφοφ αυτό δεν παρουςιάηει κανζνα αλλοτροπικό ςτθν κρυςταλλικι του δομι. Θ κερμικι διαςτολι είναι όπωσ ιδθ αναφζρκθκε δφο φορζσ υψθλότερθ από αυτι του ςιδιρου. Σα προβλιματα που ςυνδζονται με αυτιν, όπωσ ο ςχθματιςμόσ παραμενουςϊν τάςεων ι οι ςτρεβλϊςεισ μιασ καταςκευισ πρζπει να αποφεφγονται με τθν χριςθ κατάλλθλων αλλθλουχιϊν για τα κορδόνια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Σζλοσ, το υδρογόνο ζχει υψθλι διαλυτότθτα ςτο αλουμίνιο ςτθν υγρι φάςθ θ οποία μειϊνεται ςε μεγάλο βακμό, όταν ςτερεοποιείται. Αυτό ζχει ςαν ςυνζπεια, τον ςχθματιςμό πόρων αερίου. Σο υδρογόνο παράγεται μζςω τθσ αντίδραςθσ του αλουμινίου με το νερό (υγραςία του αζρα), κακιςτϊντασ ζτςι αναγκαίο να προςτατευκεί το μζταλλο ςυγκόλλθςθσ με κατάλλθλα μζτρα. Επίςτρωμα οξειδίου Μόλισ εκτεκεί ςτθν ατμόςφαιρα το αλουμίνιο δθμιουργεί αυκόρμθτα και ςε πολφ ςφντομο χρονικό διάςτθμα ζνα ςτρϊμα οξειδίου του κυρίωσ άμορφου Al 2 O 3 (αυτο-πακθτικοποίθςθ) που αποτελείται δφο υπο ςτιβάδεσθ μία πάνω ςτθν άλλθ όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 17: Σο κάτω μζροσ του ςτρϊματοσ αυτοφ του οξειδίου (αλουμίνα) είναι ςυμπαγζσ και προςτατεφει το μζταλλο από το να ζρχεται ςε επαφι με το περιβάλλον. 27

28 Σο ςτρϊμα που βρίςκεται πάνω από αυτό, χαρακτθρίηεται από ζντονο πορϊδεσ, απορροφάει ατμοςφαιρικι υγραςία και περιζχει μικρζσ κρυςταλλικοφ υδροξειδίου του αργιλίου Al(OH) 3 και ζνυδρθσ αλουμίνασ Al 2 O H 2 O. Σο πάχοσ του ςτρϊματοσ οξειδίου αυξάνεται με τον χρόνο, τθ κερμοκραςία και τθ διακεςιμότθτα του οξυγόνου. Σο κατϊτερο άμορφο ςτρϊμα οξειδίου είναι πολφ πυκνό και ζχει ζνα ςθμείο τιξθσ πάνω από 2000 C με αποτζλεςμα να προςτατεφει τθν επιφάνεια του αλουμινίου από τθ διάβρωςθ.θ εξωτερικι πορϊδθσ ςτρϊςθ μπορεί να απορροφιςει τθν υγραςία και με αυτόν τον τρόπο οι ςυνκικεσ ςτθν επιφάνεια του μετάλλου που πρόκειται να ςυγκολλθκεί να επθρεάςουν δυςμενϊσ τισ παρακάτω παραμζτρουσ ςυγκόλλθςθσ με τισ μεκόδουσ MIG ι TIG: ςτακερότθτα τόξου, θ γεωμετρία τθσ επιφάνειασ επαφισ του τόξου, θ πτϊςθ τάςθσ ςτο τόξο και, κατά ςυνζπεια, το μικοσ του τόξου, θ γεωμετρία τθσ φρζηασ, θ ποιότθτα τθσ ςυγκόλλθςθσ και θ επαναλθψιμότθτα των ςυγκολλιςεων κατά τθ διάρκεια τθσ χριςθσ μθχανοποιθμζνων μεκόδων. Κακϊσ ο ςχθματιςμόσ του ςτρϊματοσ οξειδίου δεν μπορεί να μετρθκεί με ζνα πρακτικό τρόπο λόγω του εξαιρετικά χαμθλοφ πάχουσ του ςε εφροσ νανομζτρων, θ μόνθ δυνατότθτα για να εξαςφαλιςτεί ζνα ομοιόμορφο πάχοσ του ςτρϊματοσ είναι με τθν αφαίρεςθ του ςτρϊματοσ οξειδίου εντελϊσ με χθμικι επεξεργαςία (διεργαςίεσ κακαριςμοφ) που ακολουκείται από αποκικευςθ υπό ελεγχόμενεσ ςυνκικεσ. Θ πυκνότθτα του οξειδίου του αργιλίου είναι μεγαλφτερθ από το μζταλλο τθσ. Σα οξείδια του ςιδιρου (ςκουριά) ζχουν χαμθλότερο βάροσ ωσ μζταλλο και κα επιπλεφςουν ςτθν επιφάνεια κατά τθ ςυγκόλλθςθ τιξθσ. τθν περίπτωςθ του αλουμινίου τα οξείδια του κα βυκιςτοφν ςτθν λιωμζνο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ και αυτό οδθγεί ςε εγκλείςματα οξειδίου. Σχήμα 17. τρϊμα οξειδίου αλουμινίου 28

29 Πόροι αερίου Θ αιτία για τουσ πόρουσ μπορεί να ςχετίηεται με τθν ςυμπεριφορά ςτερεοποίθςθσ των ςυγκολλθμζνων υλικϊν αλουμινίου ι με τθν παρουςία αερίων ςτθν ςυγκόλλθςθ που αποτελοφν τθν πλειοψθφία των φαινομζνων που δθμιουργοφν πορϊδεσ. Μεταλλουργικοί πόροι μπορεί να ςυμβοφν κυρίωσ ςε κακαρό αλουμίνιο ςτο οποίο θ μετάβαςθ από υγρό ςε ςτερεό ςυμβαίνει τόςο γριγορα ϊςτε οι κοιλότθτεσ ςυρρίκνωςθσ δεν μποροφν να γεμίςουν πάλι με μεταλλικό τιγμα. Αυτό το φαινόμενο μπορεί επίςθσ να εμφανιςτεί ςε κράματα που παρουςιάηουν ζνα διάςτθμα ςτερεοποίθςθσ όπου θ αναπλιρωςθ του υπόλοιπου τιγματοσ γφρω από τουσ άξονεσ δενδρίτθ κα εμποδίηεται από τον ςχθματιςμό των δενδριτϊν. Σα εγκλείςματα πόρων αερίου, δθμιουργοφνται κυρίωσ από αζρια τα οποία δεν μποροφν να διαφφγουν πριν από τθν ζναρξθ τθσ ςτερεοποίθςθσ,και τα οποία μπορεί να προζρχονται από το προςτατευτικό αζριο τθσ ςυγκόλλθςθσ, τον περιβάλλοντα αζρα ι από τθν υγραςία που παγιδεφεται λόγω τθσ κίνθςθσ του λιωμζνου μετάλλου ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Με αυτό τον τρόπο οι ακόλουκεσ πθγζσ αναφζρονται για το ςχθματιςμό πόρων ςτθ ςυγκόλλθςθ αρμϊν από αλουμίνιο. επιφανειακά ςτρϊματα ςτθν επιφάνεια του αλουμινίου (παχφ ςτρϊμα οξειδίου=>ςυμπφκνωςθ νεροφ, ςτρϊματα ακακαρςιϊν => πετρζλαιο, γράςα, ςωματίδια βαφισ), παχφ ςτρϊμα οξειδίου που περιζχει νερό ςτα υλικά πλιρωςθσ που ζχουν αποκθκευτεί πάρα πολφ καιρό κάτω από μθ ελεγχόμενεσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ, ατμοςφαιρικι υγραςία, ςυνκικεσ τυρβϊδουσ ροισ του αερίου που οδθγοφν τθν ειςροι αερίου ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. ακατάλλθλθ τροφοδοςία του ςφρματοσ ςτθν κεφαλι τθσ ςυγκόλλθςθσ MIG κακι μεταβίβαςθ ρεφματοσ ςτθν κεφαλι τθσ ςυγκόλλθςθσ MIG. 3.1 ΑΠΑΙΣΗΔΙ ΤΓΚΟΛΛΗΗ Από μεταλλουργικι άποψθ οι ακόλουκεσ απαιτιςεισ πρζπει να ικανοποιοφνται ςε μια ςυγκόλλθςθ αλουμινίου: Σο υλικό πρζπει να είναι ςυγκολλιςιμο, δθλαδι δεν πρζπει να ζχει τθν τάςθ να ςχθματίηει ρωγμζσ. Οι ψυχρζσ ρθγματϊςεισ λόγω ςκλιρυνςθσ και παρουςίασ υδρογόνου δεν ςυμβαίνουν ςτο αλουμίνιο. Σο υλικό ςυγκόλλθςθσ και θ ΘΕΗ κα πρζπει να μποροφν να αντζξουν το ίδιο φορτίο, όπωσ το ανεπθρζαςτο υλικό βάςθσ, δθλαδι κα πρζπει να ζχουν μια παρόμοια αντοχι. Από τα προθγοφμενα μπορεί να φανεί ότι αυτι θ απαίτθςθ μπορεί να ικανοποιθκεί μόνο από οριςμζνα υλικά. Θ αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ του υλικοφ που επθρεάηεται από τθ διαδικαςία ςυγκόλλθςθσ κα πρζπει να είναι τόςο υψθλι όςο εκείνθ του βαςικοφ μετάλλου. Ζνα μζταλλο ςυγκόλλθςθσ ι ΘΕΗ που αντιδρά ανοδικά μπορεί να οδθγιςει ςε 29

30 τοπικά αυξθμζνθ διάβρωςθ και να μειϊςει δραςτικά το χρόνο ηωισ του εξαρτιματοσ. Ανάλογα με τισ απαιτιςεισ ςχετικά με τθν περαιτζρω επεξεργαςία των ςυγκολλθμζνων προϊόντων και το πεδίο εφαρμογισ τουσ, αντίςτοιχα, θ ςυμπεριφορά παραμόρφωςθσ τθσ ΘΕΗ και του μζταλλο ςυγκόλλθςθσ, αντίςτοιχα, κα πρζπει να αντιςτοιχεί με εκείνθ του βαςικοφ μετάλλου. Μζςω μιασ θλεκτροχθμικισ διαδικαςίασ ζνα ςτρϊμα οξειδίου μπορεί να δθμιουργθκεί ςε επιφάνειεσ αλουμινίου. Αυτό το ςτρϊμα μπορεί να ανζλκει μζχρι και 100 μm και επιπρόςκετα να ςυμπιζηεται με ςτόχο να ενιςχυκεί θ αντοχι ςτθ διάβρωςθ και αντοχι ςτθ φκορά. Αυτι θ διαδικαςία ονομάηεται ανοδικι οξείδωςθ (ανοδίωςθ). ε περίπτωςθ που ο ςτόχοσ είναι να λθφκεί μια διακοςμθτικι εμφάνιςθ θ διαδικαςία ονομάηεται eloxing. Οι αντίςτοιχεσ επιφάνειεσ μποροφν να ςυγκολλθκοφν χωρίσ πρόβλθμα, όταν όμωσ απαιτείται θ ςυγκόλλθςθ να παρουςιάηει το ίδιο διακοςμθτικό αποτζλεςμα απαιτείται θ χριςθ ειδικϊν θλεκτροδίων και ελεγχόμενθσ κερμικισ παροχισ. Όπωσ κάκε μεταλλικό υλικό, κριτιρια αποδοχισ όςον αφορά π.χ. εγκλείςματα ι τουσ πόρουσ πρζπει να διατθροφνται για μια αποδεκτι ποιότθτα ραφισ και ςτθν περίπτωςθ του αλουμινίου. Πίνακας 5. Επιλεγμζνεσ διαδικαςίεσ ςυγκόλλθςθσ και θ καταλλθλόλθτα εφαρμογισ τουσ για τισ ςυγκολλιςεισ κραμάτων αλουμινίου. 30

31 3.2 ΡΗΓΜΑΣΩΗ ΣΔΡΔΟΠΟΙΗΗ (SOLIDIFICATION CRACKING) Με τα υλικά αλουμινίου, θ μεταλλουργικι ςυγκολλθςιμότθτα όπωσ ιδθ αναφζρκθκε κακορίηεται από τθν ευαιςκθςία του υλικοφ για να ςχθματίηει ρωγμζσ εν κερμϊ. Διακρίνεται μεταξφ ρθγμάτωςθσ ςτερεοποίθςθσ (solidification cracking) και ρθγμάτωςθσ υγροποίθςθσ (liquation ι remelt cracking). Οι ρωγμζσ ςτερεοποίθςθσ εμφανίηονται ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ και εκτόσ από τθν επιρροι κάποιων δευτερευόντων παραγόντων εξαρτϊνται κυρίωσ από τθν ςυμπεριφορά ςτερεοποίθςθσ, δθλαδι τθν ςφνκεςθ του υλικοφ. Για να εξθγθκοφν τα διάφορα ςτάδια τθσ ευαιςκθςίασ ςε ρθγμάτωςθ των διαφόρων κραμάτων του αλουμινίου, λαμβάνεται το ακόλουκο μοντζλο: Λόγω τθσ ςυρρίκνωςθσ του όγκου κατά τθ μετάβαςθ από τθν υγρι ςτθν ςτερει φάςθ, μπορεί να προκφψει μία ςτερεοποίθςθ του υλικοφ με τα χαρακτθριςτικά τθσ περίπτωςθσ c) (χιμα 18), δθλαδι οι ςτερεοποιθμζνοι κρφςταλλοι του αλουμινίου βρίςκονται ςε ιςορροπία με ζνα τιγμα το οποίο περιζχει εκτόσ από ενϊςεισ χαμθλοφ ςθμείου τιξθσ, και επαρκι ποςότθτα κραματικϊν ςτοιχείων, διατθρϊντασ ζτςι τθν ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ χαμθλι. Θ ςτερεοποίθςθ του κακαροφ αλουμινίου λόγω τθσ ςχεδόν μθ-υπάρχουςασ περιοχισ ςτερεοποίθςθσ ςε μια ςχεδόν ςτακερι κερμοκραςία, λαμβάνει χϊρα κατά τζτοιο τρόπο ϊςτε οι δενδρίτεσ ςτθ ςτερεοποίθςθ του μζταλλου ςυγκόλλθςθσ είναι ομοιόμορφοι και ςχθματίηονται από ζξω προσ τα μζςα. Κατά ςυνζπεια, θ ςτερεοποίθςθ λαμβάνει χϊρα χωρίσ τον ςχθματιςμό τάςεων που οδθγοφν ςε ρωγμζσ (περίπτωςθ a, ςχιμα 18). τθ δυςμενζςτερθ περίπτωςθ μπορεί να ςυμβοφν κοιλότθτεσ ςυρρίκνωςθσ. Πολλά τεχνικά κράματα ςτερεοποιοφνται αντίςτοιχα με τθν περίπτωςθ b του ςχιματοσ 18. Εδϊ, οι ςυνκικεσ ςτερεοποίθςθσ, ο ςχθματιςμόσ τθσ δομισ, οι κερμικζσ τάςεισ, κακϊσ και θ αναλογία των όγκων τιγματοσ/ςτερεοφ υλικοφ, είναι τζτοια ϊςτε να ευνοοφν τον ςχθματιςμό ρωγμϊν ςτερεοποίθςθσ. Ωσ εκ τοφτου, αυτά τα κράματα είναι ευαίςκθτα ςτθν ρθγμάτωςθ εν κερμϊ. 31

32 Σχήμα 18. Διάφοροι τφποι ςτερεοποίθςθσ κραμάτων αλουμινίου Εκτενείσ ζρευνεσ ςχετικά με τθν ευαιςκθςία ςτισ ρωγμζσ διαφόρων κραμάτων αλουμινίου ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα τουσ είχαν ωσ αποτζλεςμα τισ ακόλουκεσ ςυςχετίςεισ που εμφανίηονται ςτο χιμα 19. φμφωνα με αυτά, υπάρχει μια υψθλι ευπάκεια ςτον ςχθματιςμό ρωγμϊν ςτερεοποίθςθσ με τα κράματα τθσ ςειράσ 5000 με περιεκτικότθτα μαγνθςίου ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ από 1-2% κατά βάροσ. Σα κράματα τθσ ςειράσ 6000 δεν κα πρζπει επίςθσ να ζχουν περιεχόμενο μαγνιςιο και πυρίτιο που ςχθματίηει τθν φάςθ ςκλιρυνςθσ Mg 2 Si ςε περιεκτικότθτα περίπου 1% κατά βάροσ, για τον ίδιο λόγο όπωσ παραπάνω. Θ ςχετικι ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ για δφο τετραμερι και ζνα τριμερζσ ςφςτθμα κραμάτων αλουμινίου, φαίνεται ςτο ςχιμα

33 Σχήμα 19. χετικι ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ ανάλογα από τθ ςφνκεςθ για διαφορετικά διμερι ςυςτιματα Σχήμα 20. χετικι ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ για δφο τετραμερι (ΑΙ-Μg-Ηn-Cu και ΑΙ-Μg-Si-Cu) και ζνα τριμερζσ ςφςτθμα κραμάτων αλουμινίου (Al-Cu-Mg) 33

34 3.3 ΡΗΓΜΑΣΩΗ ΤΓΡΟΠΟΙΗΗ (LIQUATION CRACKING) Θ ρθγμάτωςθ υγροποίθςθσ ι ανάτθξθσ ςυμβαίνει ςτθ κερμικά επθρεαςμζνθ ηϊνθ (ΘΕΗ) κοντά ςτθ γραμμι τιξθσ. Λόγω τθσ ειςαγωγισ κερμότθτασ κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ, οι χαμθλισ τιξθσ ευτθκτικζσ φάςεισ ςτα όρια των κόκκων τικονται ξανά και ςε ςυνδυαςμό με τισ παραμζνουςεσ τάςεισ που ςυνοδεφουν τθν ςυγκόλλθςθ οδθγοφν ςε διαχωριςμό των ορίων των κόκκων και τον ςχθματιςμό μακροςκοπικϊν ρωγμϊν. Θ ευαιςκθςία ενόσ υλικοφ ςε αυτό το είδοσ τθσ ρθγμάτωςθσ επθρεάηεται από το υλικό και το περιεχόμενο των φάςεων με χαμθλό ςθμείο τιξθσ και τθν πυκνότθτα απόκεςθσ τουσ ςτα όρια των κόκκων. Οι μεταλλουργικοί παράμετροι που επθρεάηουν είναι δφο, θ χθμικι ςφνκεςθ και ο ςχθματιςμόσ τθσ δομισ (μζγεκοσ κόκκου) του βαςικοφ μετάλλου. Κράματα αλουμινίου που περιζχουν μαγνιςιο μαηί με χαλκό, ςχθματίηουν φάςεισ πολφ χαμθλισ τιξθσ (Al 2 CuMg), οι οποίεσ κατά κφριο λόγο δεν κεωροφνται κατάλλθλεσ για ςυγκόλλθςθ με τιξθ (βλζπε επίςθσ τα διαγράμματα ςτισ προθγοφμενεσ ςελίδεσ). Τλικά από τθ ςειρά 2000 και 7000 είναι ωσ επί το πλείςτον μεταξφ αυτϊν των υλικϊν. Θ φάςθ Mg 2 Si ςτο ςφςτθμα Al-Mg-Si ςχθματίηει επίςθσ κατακρθμνίςεισ χαμθλοφ ςθμείου τιξθσ. Εδϊ, τα κράματα είναι τα πιο επιρρεπι ςε ρθγμάτωςθ, και γίνονται περιςςότερο όςο μεγαλφτερθ είναι θ περιεκτικότθτα ςε αυτά τα κραματικά ςτοιχεία και όςο μεγαλφτερο είναι το μζγεκοσ των κόκκων. Είναι αλθκζσ ότι αυτά τα υλικά, κυρίωσ από τθ ςειρά 6000, ζχουν τθν τάςθ για ρθγμάτωςθ εν κερμϊ, αλλά κατά τα άλλα, θ μεταλλουργικι ςυγκολλθςιμότθτα τουσ είναι καλι. 3.4 ΜΔΣΑΛΛΑ ΠΛΗΡΩΗ Ο ςχθματιςμόσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ εξαρτάται από μια ποικιλία παραμζτρων. Ωσ εκ τοφτου, οι τάςεισ που δθμιουργοφνται κατά τθ διάρκεια τθσ ςτερεοποίθςθσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ, είτε λόγω κερμοκραςιακϊν διαβακμίςεων είτε λόγω ςυρρίκνωςθσ του εξαρτιματοσ επθρεάηουν ςθμαντικά τθν ευαιςκθςία ςε ρθγμάτωςθ εν κερμϊ. Είναι προφανζσ ότι οι παράμετροι ςυγκόλλθςθσ - ιδιαίτερα θ ειςαγωγι κερμότθτασ - παίηουν πολφ ςθμαντικό ρόλο. Ζνα από τα πιο αποτελεςματικά μζτρα για τθν αποφυγι του ςχθματιςμοφ ρωγμϊν εν κερμϊ είναι, όπωσ ιδθ αναφζρκθκε παραπάνω, ο ζλεγχοσ τθσ χθμικισ ςφνκεςθσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ. Ωσ εκ τοφτου, θ επιλογι ενόσ κατάλλθλου μετάλλου πλιρωςθσ είναι ςθμαντικι. Θ πλειοψθφία των μετάλλων πλιρωςθσ μποροφν να ταξινομθκοφν ςφμφωνα με τουσ τφπουσ των ςτοιχείων που περιζχουν Mg ι Si. Σα κράματα μετάλλων πλιρωςθσ που περιζχουν Si κυρίωσ χρθςιμοποιοφν μόνο ράβδουσ Al4043 (AlSi5) και ράβδουσ AlSi12 ι AlSi10Mg (κα οι δφο ςυνικωσ μόνο με τα υψθλότερα κραματωμζνα 34

35 προϊόντα, όπωσ τα χυτά). ε αντίκεςθ τα μζταλλα πλιρωςθσ που περιζχουν Mg κυμαίνονται από χαμθλά ζωσ υψθλά κραματωμζνα. Ζνα από τα πιο ςυχνά χρθςιμοποιοφμενα αναλϊςιμα είναι το Al5183 (AlMg4.5Mn0.7A). Αυτό το αναλϊςιμο προςφζρεται επίςθσ ωσ κράμα με ηιρκόνιο (Al 5087). Αυτό το ςτοιχείο μπορεί να λειτουργιςει ωσ μζςο εκλζπτυνςθσ των κόκκων υπό κατάλλθλεσ ςυνκικεσ ςτερεοποίθςθσ, ζτςι ϊςτε να μειωκεί ι να αποφευχκεί εντελϊσ ο ςχθματιςμόσ ρωγμϊν ευ κερμϊ διαμζςου μίασ λεπτόκοκκθσ δομισ. Θ χθμικι ςφνκεςθ των μετάλλων πλιρωςθσ είναι τυποποιθμζνθ ςτο πρότυπο ISO Θ ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ μπορεί να μειωκεί μζςω κατάλλθλων ςυνδυαςμϊν υλικοφ βάςθσ και μετάλλου πλιρωςθσ. Ζτςι, ςτθν περίπτωςθ τθσ ευαιςκθςίασ ςε ρθγμάτωςθ ςτερεοποίθςθσ των κραμάτων με περιεκτικότθτα Mg κάτω του 3% κατά βάροσ όπωσ το ΕΝ AW 5052 [AlMg2.5] το πρόβλθμα μπορεί να λυκεί με τθν επιλογι ενόσ υλικοφ πλθρϊςθσ με υψθλι περιεκτικότθτα ςε Mg, όπωσ το EN 5556 *AlMg5Mn+, το οποίο δεν παρουςιάηει τάςθ για ρθγμάτωςθ ςτερεοποίθςθσ. Όςον αφορά τθν ρθγμάτωςθ υγροποίθςθσ αυτι είναι δυνατόν να περιοριςτεί κοντά ςτθ γραμμι ςφντθξθσ ςτθν ΘΕΗ χρθςιμοποιϊντασ ζνα μζταλλο πλιρωςθσ με Si όπωσ το EN AW *AlSi5+. Ωσ εκ τοφτου, θ ευαιςκθςία του μετάλλου βάςθσ EN AW-6061 [AlMg1SiCu], ςυγκολλθμζνο με ζνα μζταλλο πλιρωςθσ όπωσ το EN AW-4043 *AlSi5+ είναι ςθμαντικά χαμθλότερθ από ό, τι θ ςυγκόλλθςθ του ίδιου μετάλλου με ζνα μζταλλο πλιρωςθσ όπωσ το 5554 που περιζχει Mg. Πρζπει επίςθσ να ςθμειωκεί ότι θ ςυγκόλλθςθ των κραμάτων τφπου AlMgSi1 με μζταλλο πλιρωςθσ του ίδιου τφπου (ι καλφτερα: χωρίσ αναλϊςιμο π.χ. με ςυγκόλλθςθ με δζςμθ λζιηερ) ςυνδζεται με υψθλι ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ. ε γενικζσ γραμμζσ αναλϊςιμα ςυγκόλλθςθσ με χαμθλζσ κερμοκραςίεσ τιξθσ όπωσ το AlSi5 μπορεί να μειϊςει τθν ευαιςκθςία ςε ρωγμζσ αυτϊν των κραμάτων, μζςω ευνοϊκϊν ςυνκθκϊν ςτερεοποίθςθσ. 35

36 Πίνακας 6. χετικι ευαιςκθςία ςτισ ρωγμζσ των επιλεγμζνων ςυνδυαςμϊν μετάλλων βάςθσ / πλιρωςθσ για ςφυριλατα κράματα αλουμινίου. 3.5 ΑΝΣΟΥΗ Δ ΔΦΔΛΚΤΜΟ Μια περαιτζρω απαίτθςθ ςε μια ςυγκόλλθςθ είναι θ επαρκισ αντοχι ςε εφελκυςμό. Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί, κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ ςε διάφορα επίπεδα ςυμβαίνει ςτα μθ κερμικά κατεργάςιμα και εν ψυχρϊ παραμορφωμζνων κραμάτων λόγω των μθχανιςμϊν ανακρυςτάλλωςθσ και ανάκτθςθσ που ςυμβαίνουν. το ςχιμα 21 θ ςυμπεριφορά αυτι δείχνεται ςτο χαμθλότερο ςθμείο τθσ πορείασ τθσ ςκλθρότθτασ του κράματοσ 5456-H116 (AlMg5Mn). Εάν ο κρίςιμοσ βακμόσ παραμόρφωςθσ δεν ζχει επιτευχκεί, μεγζκυνςθ των κόκκων μπορεί να ςυμβεί αντί για ανακρυςτάλλωςθ εάν υπάρχει επαρκισ παροχι κερμότθτασ. Πρζπει να λθφκεί υπόψθ ότι με τα υλικά αλουμινίου θ μεγζκυνςθ των κόκκων δεν μπορεί να αφαιρεκεί πάλι, όπωσ είναι θ περίπτωςθ με τουσ χάλυβεσ. Ωσ εκ τοφτου, θ μαλακι κατάςταςθ (με μεγάλο μζγεκοσ κόκκου) είναι εκείνθ θ κατάςταςθ που επθρεάηεται λιγότερο από τθ ςυγκόλλθςθ όςον αφορά τον εφελκυςμό. Σα κερμικά κατεργαςμζνα κράματα χάνουν κατά κφριο λόγο τθν αντοχι τουσ ςε εφελκυςμό, λόγω μεγζκυνςθσ ι διάλυςθ των φάςεων που ζχουν κατακρθμνιςτεί. το ςχιμα 21 τα προφίλ ςκλθρότθτασ ςε όλθ τθν ραφι ςυγκόλλθςθσ αναφζρονται για δφο διαφορετικοφσ τφπουσ κράματοσ. Κράματα αλουμινίου με Cu όπωσ το 2219-T87 (AlCu6Mn, solution heat treated, strain hardened, artificially aged) μαλακϊνουν λόγω τθσ διάλυςθσ των κατακρθμνίςεων που δθμιουργοφνται κατά τθν τεχνθτι γιρανςθ. Όςο υψθλότερθ είναι θ κερμοκραςία και όςο μικρότερθ είναι θ απόςταςθ από τθ γραμμι τιξθσ, τόςο ιςχυρότερθ 36

37 αυτι θ επίδραςθ, με αποτζλεςμα μια ςυνεχι πορεία μείωςθσ τθσ ςκλθρότθτασ προσ τθν κατεφκυνςθ τθσ γραμμισ τιξθσ. Σχήμα 21. Προφίλ ςκλθρότθτασ ςτθν ΘΕΗ ςυγκολλθμζνων (TIG) φφλλων 3,2 χιλιοςτϊν με ςτακερι κερμικι παροχι. Με τα κράματα τθσ ςειράσ 6000, όπωσ το 6061-T6 (AlMg1SiCu, solution heat treated, artificially aged) θ ςκλιρυνςθ κατακριμνιςθσ λαμβάνει χϊρα μζςω διαφορετικϊν, μεταςτακϊν φάςεων κατακριμνιςθσ. ε αυξθμζνεσ κερμοκραςίεσ, θ ςκλιρυνςθ που προςφζρουν αυτζσ οι κατακρθμνίςεισ μειϊνεται λόγω του μεταςχθματιςμοφ τουσ. Αυτόσ ο μεταςχθματιςμόσ είναι παρόμοιοσ με τθν μεγζκυνςθ των ςωματιδίων που λαμβάνει χϊρα ςε εφροσ κερμοκραςίασ από 290 ζωσ 425 C, ζτςι είναι θ μεγαλφτερθ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ λαμβάνει χϊρα ςε αυτό το εφροσ τθσ ΘΕΗ. ε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ οι κατακρθμνίςεισ διαλυτοποιοφνται και δθμιουργοφν αυξθμζνθ ςκλιρυνςθ όταν το υλικό ψφχεται μετά τθ ςυγκόλλθςθ. Σο αποτζλεςμα αυτισ τθσ ςυμπεριφοράσ για το κράμα 6061 είναι ζνα προφίλ με πτϊςθ τθσ ςκλθρότθτασ ςε μία ηϊνθ θ οποία ζχει υποςτεί υπεργιρανςθ και θ οποία χαρακτθρίηεται από μειωμζνθ αντοχι. Θ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ είναι τόςο μεγαλφτερθ όςο υψθλότερθ είναι θ κερμικι παροχι από τθν διαδικαςία τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αυτό φαίνεται ςαν παράδειγμα ςτο ςχιμα 22 όπου διακρίνεται το προφίλ ςκλθρότθτασ του υλικοφ 6061-T6 για διαφορετικζσ τιμζσ κερμικισ παροχισ. Σόςο, θ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ όςο και θ ζκταςθ τθσ κατά μικοσ του πλάτουσ του ΘΕΗ αυξάνονται με τθν κερμικι παροχι. Για το ποςό τθσ απϊλειασ ςε αντοχι θ ευαιςκθςία ςτθν του υλικοφ ςτον 37

38 ρυκμό ψφξθσ είναι επίςθσ ςθμαντικι. Μετά τθν ςυγκόλλθςθ ο ρυκμόσ ψφξθσ που απαιτείται για τθν διαδικαςία γιρανςθσ δεν μπορεί να επιτευχκεί, και ζτςι θ αρχικι αντοχι του κράματοσ δεν μπορεί να διατθρθκεί. Σχήμα 22. Προφίλ ςκλθρότθτασ ςτθν ΘΕΗ τθσ TIG ςυγκόλλθςθσ του κράματοσ 6061-T6 ςε διαφορετικζσ ενζργειεσ ανά μονάδα μικουσ. Μια εξαίρεςθ όςον αφορά τθν ευαιςκθςία ςτον ρυκμό ψφξθσ είναι τα κράματα του τφπου AlZnMg ( ςειρά 7000 χωρίσ Cu) που παρουςιάηουν το φαινόμενο τθσ αυτογιρανςθσ. Αυτά τα κράματα επθρεάηονται λίγο από τον ρυκμό ψφξθσ, δθλαδι θ αντοχι που λαμβάνεται μετά από τθν γιρανςθ επθρεάηεται ελάχιςτα μόνο από τον ρυκμό ψφξθσ. Ωσ εκ τοφτου, με το κράμα ΕΝ AW-7020 *AlZn4.5Mg1+ ςχεδόν οι ίδιεσ τιμζσ αντοχισ λαμβάνονται μετά από ψφξθ ςτον αζρα και μετά τθν απόςβεςθ με τθ χριςθ νεροφ. Αυτό ςθμαίνει ότι μετά τθ ςυγκόλλθςθ του υλικοφ αυτοφ θ ψφξθ ςε αζρα είναι επαρκισ ϊςτε να λθφκοφν κατά προςζγγιςθ τιμζσ αντοχισ ςε εφελκυςμό που είναι αντίςτοιχεσ με αυτζσ τθσ κανονικισ διαδικαςίασ τεχνθτισ γιρανςθσ. Πρζπει να λθφκεί υπόψθ, ωςτόςο, ότι με φυςικι γιρανςθ τουλάχιςτον 30 θμζρεσ ι καλφτερα 3 μινεσ απαιτοφνται, προκειμζνου να λθφκεί εκ νζου θ τελικι αντοχι ςε εφελκυςμό. Όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 23, ςτισ αντίςτοιχεσ ςυγκολλιςεισ δεν κα πρζπει να αςκείται πλιρεσ φορτίο αμζςωσ μετά τθ ςυγκόλλθςθ. 38

39 Σχήμα 23.Σεχνθτι και φυςικι γιρανςθ μετά από ψφξθ ςε νερό και αζρα από 480 C για το κράμα EN AW-7020 [ALZn4,5Mg1] Μζταλλα Πλιρωςθσ Όπωσ θ μεταλλουργικι ςυγκολλθςιμότθτα ζτςι θ αντοχι ςε εφελκυςμό τθσ ςυγκόλλθςθσ επθρεάηεται κακοριςτικά από το μζταλλο πλιρωςθσ. Ανάλογα με τον τφπο του μετάλλου πλιρωςθσ κακϊσ και το βακμό αραίωςθσ μεταξφ του μετάλλου βάςθσ και του μετάλλου πλιρωςθσ, κα προκφψουν διαφορετικζσ τιμζσ αντοχισ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ. Σο ςχιμα 24 δείχνει κάποια χαρακτθριςτικά προφίλ ςκλθρότθτασ κατά μικοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ για επιλεγμζνουσ ςυνδυαςμοφσ μετάλλου βάςθσ/πλιρωςθσ. Σα κερμικά κατεργαςμζνα κράματα 2219 που περιζχουν Cu παρουςιάηουν τισ χαμθλότερεσ τιμζσ αντοχισ εφελκυςμοφ ςτθν ςυγκολλθμζνθ κατάςταςθ ςτθ γραμμι τιξθσ. 39

40 Σχήμα 24.Θ πρόοδοσ του προφίλ ςκλθρότθτασ μιασ ραφισ TIG ςε μια πλάκα με πάχοσ 3,2 mm Θερμικι κατεργαςία μετά τθ ςυγκόλλθςθ Κυρίωσ, θ κερμικι κατεργαςία μπορεί να πραγματοποιθκεί μετά τθ ςυγκόλλθςθ ςτο εξάρτθμα, προκειμζνου να επιτευχκεί θ τελικι αντοχι του ςε εφελκυςμό. Δθλαδι το υλικό μπορεί να ςυγκολλθκεί ςε κατάςταςθ φυςικισ γιρανςθσ και ςτθ ςυνζχεια μπορεί να γίνει είτε τεχνθτι γιρανςθ ι κερμικι κατεργαςία διαλυτοποίθςθσ και πάλι. Για τα παραπάνω εκτόσ από τθν ανάγκθ ειδικοφ εξοπλιςμοφ υπάρχει και θ ανάγκθ ψφξθσ με νερό μετά τθν κερμικι κατεργαςία διαλυτοποίθςθσ, κάτι το οποίο μπορεί να είναι και πολφ πρακτικό για μία ςυγκολλθτι καταςκευι. Σο ςχιμα 25 παρακάτω δείχνει τθν ςκλθρότθτα που επιτυγχάνεται με κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ για τα κράματα EN AW Σ4 και Σ6. 40

41 Σχήμα 25. Προφίλ ςκλθρότθτασ ςτθν HAZ του κράματοσ EN AW-6061-Σ4 (φυςικι γιρανςθ) και Σ6 (τεχνθτι γιρανςθ) μετά τθ ςυγκόλλθςθ (AW) και μετά από γιρανςθ και πάλι (PWA). 3.6 ΓΙΑΒΡΩΗ Οι ςυγκολλιςεισ ςε κακαρό αλουμίνιο κακϊσ και όλα τα κράματα αλουμινίου δεν επθρεάηουν τθν αντοχι ςτθ διάβρωςθ ςε γενικζσ γραμμζσ. Όπωσ ιδθ αναφζρκθκε, ανοδικζσ κατακρθμνίςεισ (φάςθ Al 8 Mg 5 ) μποροφν να δθμιουργθκοφν ςτα όρια των κόκκων εντόσ του εφρουσ κερμοκραςίασ των C που μειϊνουν τθν αντίςταςθ ςτθν περικρυςταλλικι διάβρωςθ και τθν εργοδιάβρωςθ. Λόγω του γεγονότοσ ότι ζνασ ςχετικά μακρφσ χρόνοσ παραμονισ ςε αυτό το εφροσ είναι αναγκαία ςτθν κρίςιμθ περιοχι κερμοκραςιϊν, οι αλλαγζσ αυτοφ του είδουσ δεν πρζπει να ςυμβαίνουν με κοινζσ διαδικαςίεσ ςυγκόλλθςθσ. Σο φαινόμενο αυτό δεν ςυμβαίνει ςε κράματα που περιζχουν μεγάλεσ ποςότθτεσ Mg (>3,5% Mg). Για πολλά κερμικά κατεργάςιμα κράματα αλουμινίου θ υψθλότερθ αντίςταςθ ςτθν εργοδιάβρωςθ κα επιτευχκεί μζςω τθσ τεχνθτισ γιρανςθσ ι ακόμθ και με υπερ-γιρανςθ. Αυτά τα κράματα κα επθρεάηονται όςον αφορά ςτθν αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ τουσ ςτθν ΘΕΗ από τθ κερμικι παροχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Μια μείωςθ τθσ αντοχισ ςτθν διάβρωςθ μπορεί να ξεκινιςει από μια διαφορά δυναμικοφ μεταξφ βάςθσ και υλικοφ πλιρωςθσ. Για παράδειγμα, τα υλικά πλιρωςθσ τθσ ςειράσ 7000 δείχνουν μια ιςχυρότερθ ανοδικι ςυμπεριφορά ςτθν ΘΕΗ προσ το υλικό βάςθσ ςε ςχζςθ με τα υλικά πλιρωςθσ τθσ ςειράσ 5000 Σο αποτζλεςμα είναι μια αυξθμζνθ τοπικι διάβρωςθ. 41

42 3.7 ΠΟΡΟΓΔ ΡΑΦΗ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Οι πόροι μπορεί να ςχθματίηονται από τθν ςυμπεριφορά ςτερεοποίθςθσ του ςυγκολλθμζνου αλουμινίου ι από πόρουσ που δθμιουργοφνται λόγω αζριων που εγκλωβίηονται ςτο υγρό μζταλλο τθ ςυγκόλλθςθσ, με το τελευταίο να είναι το πιο ςφνθκεσ. Οι πόροι που δθμιουργοφνται λόγω τθσ μεταλλουργικισ ςυμπεριφοράσ κατά τθν ςυρρίκνωςθ ςυμβαίνουν κυρίωσ ςτο κακαρό αλουμίνιο όπου θ μετάβαςθ από τθν υγρι ςτθν ςτερει κατάςταςθ είναι γριγορθ. Οι κοιλότθτεσ που δθμιουργοφνται κατά τθ διάρκεια τθσ ςτερεοποίθςθσ δεν μπορεί να καλυφκοφν με τθ ςυνεχι ροι τιγματοσ. Με τα κράματα που ζχουν μεγαλφτερο εφροσ ςτερεοποίθςθσ αυτό το φαινόμενο μπορεί επίςθσ να προκφψει, εάν οι ςχθματιηόμενοι δενδρίτεσ εμποδίηουν τθν ροι του υπολειμματικοφ τιγματοσ. Σα εγκλείςματα αερίου που παράγεται από τα αζρια που δεν μποροφν να διαφφγουν πριν από τθν ςτερεοποίθςθ του τιγματοσ. Αυτά τα αζρια μπορεί να προκφψουν είτε από το αζριο προςταςίασ ι από τον αζρα and bewhirledin, if the melting bath is moved.. Θ κφρια αιτία για τουσ πόρουσ αερίου ςτο αλουμίνιο είναι το υδρογόνο που βρίςκεται διαλυμζνο ςτο τιγμα. Λόγω τθσ υψθλισ ςυγγζνειασ του μετάλλου προσ το οξυγόνο, θ υγραςία ανάγεται και το προκφπτον υδρογόνο διαλφεται ςτο τιγμα. Λόγω του γεγονότοσ ότι θ διαλυτότθτα του υδρογόνου μειϊνεται με τθ κερμοκραςία, και απότομα πζφτει κατά τθν διάρκεια τθσ ςτερεοποίθςθσ το αποτζλεςμα, είναι μία ποςότθτα ομοιόμορφα κατανεμθμζνων πόρων ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Ωσ εκ τοφτου, το μζταλλο βάςθσ και το μζταλλο πλιρωςθσ δεν κα πρζπει να ειςάγουν υδρογόνο ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ ενϊ επίςθσ και το αζριο προςταςίασ πρζπει να είναι κακαρό. Συχόν ακακαρςίεσ κακϊσ και το ςτρϊμα οξειδίου ςτθν επιφάνεια των προσ ςυγκόλλθςθ κομματιϊν πρζπει να απομακρφνονται, ενϊ και θ υγραςία πρζπει να κρατιζται μακριά από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ όςο αυτό είναι δυνατόν. Είναι πολφ ςθμαντικό το μζταλλο πλιρωςθσ να αποκθκεφεται ςε ςτακερζσ ςυνκικεσ χωρίσ παρουςία υγραςίασ. Οι παράμετροι τθσ ςυγκόλλθςθσ πρζπει να κρατοφνται ςτακεροί κακϊσ μεταβολζσ ςτθν τροφοδοςία του ςφρματοσ, τθν γωνία τθσ κεφαλισ ι τθν ταχφτθτα τθσ ςυγκόλλθςθσ ευνοοφν τον ςχθματιςμό πόρων. Επιπλζον επιμικεισ πόροι (wormholes) μποροφν να ςχθματιςτοφν κατά τθν ςτερεοποίθςθ τθσ ραφισ. Εάν αυτό το ελάττωμα δεν βρίςκεται ςε μεγάλο βάκοσ μπορεί να επιδιορκωκεί με λιϊςιμο τθσ περιοχισ. 42

43 Σχήμα 26. Διαλυτότθτα του υδρογόνου ςτο κακαρό αλουμίνιο Σχήμα 27. Πθγζσ του υδρογόνου κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ TIG. 43

44 3.8 ΤΜΠΔΡΙΦΟΡΑ ΑΝΟΓΙΩΗ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟ ΚΑΙ ΚΡΑΜΑΣΑ ΑΛΟΤΜΙΝΙΟΤ Οι διαφορζσ ωσ προσ το μζγεκοσ των κόκκων και τθν διαφορετικι περικτικόθτα του κράματοσ μπορεί να οδθγιςουν ςε αποκλίςεισ ςτο χρϊμα κατά τθ διάρκεια τθσ ανοδίωςθσ. Δεδομζνου ότι και οι δφο αυτζσ ςυνκικεσ επθρεάηονται κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ από τθν επιλογι του μετάλλου τθσ πλιρωςθσ και τθν κερμικι παροχι, κατάλλθλεσ προφυλάξεισ πρζπει να λαμβάνονται ςε ςχζςθ με τθν ςυγκόλλθςθ. Ωσ εκ τοφτου, υπερβολικζσ κατακρθμνίςεισ Mg 2 Si ςτθν ΘΕΗ κα πρζπει να αποφεφγονται με τα κράματα του τφπου AlMgSi. Μζταλλο πλιρωςθσ με Mg πρζπει να χρθςιμοποιείται αντί του αναλϊςιμου AlSi5. Επιπλζον, θ περιεκτκότθτα των κραματικϊν ςτοιχείων και των ιχνοςτοιχείων ςτο μζταλλο πλιρωςθσ πρζπει να είναι χαμθλά, αν είναι δυνατόν. Θ προςτατευτικι ικανότθτα του ςτρϊματοσ ανοδίωςθσ δεν επθρεάηεται από τισ διαφορζσ ςτθν αποχρϊςθ. 3.9 ΚΑΣΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΗ Ζνα μζταλλο πλιρωςθσ με υψθλότερθ περιεκτικότθτα κραματικϊν ςτοιχείων ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ μπορεί να ςυγκολλθκεί χωρίσ τον ςχθματιςμό ρωγμϊν. τθν περίπτωςθ που ζνα από τα βαςικά υλικά προσ ςυγκόλλθςθ είναι κράμα που περιζχει Mg, το μζταλλο πλιρωςθσ κα πρζπει να ζχει παρόμοια χθμικι ςφςταςθ. Σα μζταλλα πλιρωςθσ AlSi5 χαρακτθρίηονται από καλφτερθ μεταλλουργικι ςυγκολλθςιμότθτα αλλά δίνουν μικρότερθ μθχανικι αντοχι ςε ςχζςθ με τα μζταλλα πλιρωςθσ από AlMg5Mn. Μζταλλα πλιρωςθσ του τφπου AlMg με προςκικθ ηιρκονίου (Zr) μποροφν να εφαρμοςτοφν ςτθν περίπτωςθ ευαιςκθςίασ ςε ρθγματϊςεισ εν κερμϊ. Ο πίνακασ 7 παρακάτω δείχνει προτεινόμενα υλικά πλιρωςθσ για τθν ςυγκόλλθςθ διαφόρων ςυνδυαςμϊν κραμάτων αλουμινίου. 44

45 Πίνακας 7. Σαξινόμθςθ του μετάλλου βάςθσ και πλιρωςθσ για ςυγκόλλθςθ με τιξθ από ςφυριλατα υλικά ΠΡΟΔΣΟΙΜΑΙΑ ΡΑΦΗ ΤΓΚΟΛΛΗΗ Για τθν προετοιμαςία τθσ ραφισ ςυγκόλλθςθσ με MIG και TIG οι προτεινόμενεσ φρζηεσ αναφζρονται ςτο ΕΝ ISO τθ ςυνζχεια, παρουςιάηονται οριςμζνεσ τυπικζσ προετοιμαςίεσ ραφισ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν πράξθ. Με τα υλικά αλουμινίου είναι πολφ ςθμαντικό να διαςφαλιςτεί μια επαρκϊσ μεγάλθ περιεχόμενθ γωνία, ζτςι ϊςτε να αποφεφγεται θ ζλλειψθ τιξθσ ι εγκλείςματα οξειδίου. Διαδικαςία 131 (ςχ. 29): Διαδικαςία141 (ςχ. 30): Square butt weld Square butt weld Double V-weld Double V-weld Single-V-weld Single-V-weld Single U-weld Flanged edge seam Για τθ ςυγκόλλθςθ των τετραγωνικϊν αντικριςτϊν ςυγκολλιςεων με ζνα μόνο πζραςμα, για τθν καλφτερθ διαμόρφωςθ τθσ ρίηασ ςυνιςτάται να ςπάςει τα άκρα τθσ πλάκασ από τθν πλευρά τθσ ρίηασ (βλ. χιμα 28). 45

46 Σχήμα 28. Προτεινόμενθ προετοιμαςία για ςυγκολλιςεισ Οι φρζηεσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και οι γειτονικζσ περιοχζσ πρζπει να είναι ελεφκερα από γράςα και να είναι ξθρά (βλζπε επίςθσ παράγραφο 3.7). Επιπλζον, ςτθν περίπτωςθ ενόσ ςτρϊματοσ οξειδίου με μεγάλο πάχοσ, αυτό κα πρζπει να αφαιρεκεί πριν από τθ ςυγκόλλθςθ με τθ χριςθ εργαλείων κοπισ μετάλλων, αν είναι δυνατόν. υρμάτινεσ βοφρτςεσ (από "λευκά" υλικά) είναι ςυνικωσ κατάλλθλεσ για τον κακαριςμό τθσ επιφάνειασ. Σχήμα 29. Προετοιμαςία ραφισ ςυγκόλλθςθσ για τθν μζκοδο

47 Σχήμα 30. Προετοιμαςία ραφισ ςυγκόλλθςθσ για τθν μζκοδο PRE-HEATING Προκζρμανςθ απαιτείται εάν, λόγω τθσ υψθλισ κερμικισ αγωγιμότθτασ του αλουμινίου δεν υπάρχει επαρκισ ειςαγωγι κερμότθτασ με τθ διαδικαςία ςυγκόλλθςθσ. Πρζπει να λθκφεί πρόνοια ϊςτε το ςτρϊμα οξειδίου ςτισ άκρεσ ςυγκόλλθςθσ να μθν γίνει πάρα πολφ παχφ από τθν προκζρμανςθ ι το πλεόναςμα οξυγόνου ςτθν φλόγα τθσ προκζρμανςθσ. Θ επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ προκζρμανςθσ και του χρόνου ςτισ ιδιότθτεσ του υλικοφ, πρζπει να προςεχκεί ιδιαίτερα ςτα κερμικά κατεργάςιμα κράματα και τα υλικά που ζχουν παραμορφωκεί εν ψυχρϊ κακϊσ και ςτα υλικά που περιζχουν μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ Mg. 47

48 Πίνακας 8. Σιμζσ για τθν κερμοκραςία και τον χρόνο προκζρμανςθσ για ςυγκόλλθςθ κραμάτων αλουμινίου ΑΔΡΙΟ ΠΡΟΣΑΙΑ Για αδρανζσ αζριο προςταςίασ ςυγκόλλθςθσ αλουμινίου, αργό ι μείγματα και αργοφ-θλίου μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν. Σο αργό είναι το προςτατευτικό αζριο που χρθςιμοποιείται πιο ςυχνά. Προςκικεσ θλίου οδθγοφν ςε καλφτερθ διαμόρφωςθ τθσ ραφισ όςο αφορά το φψοσ και το πλάτοσ τθσ ραφισ, το βάκοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ ι το ςχιμα τθσ διείςδυςθσ, λόγω τθσ υψθλότερθσ απόδοςθσ του τόξου ςε ςφγκριςθ με το κακαρό αργό. Με τθν ίδια διείςδυςθ θ ταχφτθτα ςυγκόλλθςθσ μπορεί να αυξθκεί και ο κίνδυνοσ του ςχθματιςμοφ πόρων και θ ζλλειψθ τθσ τιξθσ να μειωκεί. Πρζπει να τονιςτεί ότι το ιλιο, λόγω του υψθλοφ δυναμικοφ ιονιςμοφ οδθγεί ςε ζνα πιο αςτακζσ τόξο. Ωσ εκ τοφτου, 100% ιλιο ςπάνια χρθςιμοποιείται ωσ προςτατευτικό αζριο και μόνο ςε πλιρωσ αυτοματοποιθμζνεσ διαδικαςίεσ. Περαιτζρω, λόγω τθσ χαμθλότερθσ πυκνότθτασ του He, περίπου τρεισ φορζσ μεγαλφτεροσ όγκοσ αλουμινίου απαιτείται για να λθφκεί το ίδιο προςτατευτικό αποτζλεςμα ςε ςχζςθ με το Ar. Πρζπει να ςθμειωκεί ότι το ροόμετρο που χρθςιμοποιείται για τθ ρφκμιςθ τθσ ποςότθτασ του αερίου προςταςίασ από Ar είναι επίςθσ κατάλλθλο για το ιλιο, αλλά χρειάηεται θ εφαρμογι ενόσ παράγοντα τροποποίθςθσ για να προςδιοριςτεί θ ακριβισ ποςότθτα του θλίου. 48

49 Πίνακας 9. Διορκωτικοί παράγοντεσ για ροόμετρα ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα του μίγματοσ. Θ απόφαςθ για το ποιο αζριο προςταςίασ κα χρθςιμοποιθκεί, εξαρτάται από παράγοντεσ όπωσ το πάχοσ του κομματιοφ που κα χρθςιμοποιθκεί, τθν προετοιμαςία τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθν οικονομικι αποτελεςματικότθτα. Ο ακόλουκοσ πίνακασ δείχνει τθν επίδραςθ τθσ αφξθςθσ τθσ περιεκτικότθτασ θλίου ςτο αζριο προςταςίασ αργοφ. Πίνακας 10. Επίδραςθ του αυξανόμενου περιεχομζνου θλίου ςτο αζριο προςταςίασ με αργό. 49

50 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Πίνακας Ι.1. Επιλεγμζνα υλικά αλουμινίου που αναφζρονται εν μζρει ςτο κείμενο και διαφορετικζσ ονομαςίεσ τουσ. 50

51 Πίνακας Ι.2. Πρότυπα DIN EN 51