Materiały metalowe STOPY METALI LEKKICH. Stopy metali lekkich

Transkrypt

1 STOPY METALI LEKKICH

2 Sporód metali lekkich (o gstoci 4,5 g/cm 3 ) jako materiały konstrukcyjne stosowane s: aluminium, tytan i magnez, lecz ze wzgldu na ich niewystarczajce własnoci, głównie mechaniczne, dopiero poprzez stopienie z innymi pierwiastkami tworz materiały o ogromnym znaczeniu konstrukcyjnym, którymi s: Stopy aluminium, Stopy tytanu, Stopy magnezu.

3 Stopy aluminium

4 Stopy aluminium s doskonałym materiałem konstrukcyjnym ze wzgldu na: Mał gsto ok. 2,8g/cm 3, stanowic ok. 1/3 gstoci stali, Wysok wytrzymało wzgldn, czyli stosunek wytrzymałoci na rozciganie do gstoci, Wysok odporno na korozj, Wysok przewodno elektryczn i ciepln, Łatwo obróbki mechanicznej, Niezdolno do iskrzenia i niepalno.

5 Klasyfikacja stopów aluminium W zalenoci od sposobu wytwarzania stopy Al mona podzieli na: Stopy aluminium do obróbki plastycznej stenie pierwiastków stopowych do 5%, głównie Cu, Mg, Mn, Zn, a take Si, Cr, Ti,Li. Odlewnicze stopy aluminium stenie pierwiastków stopowych od 5 do 25%, głównie Si, Cu, Mg, Zn i Ni. W wikszoci s stopami wieloskładnikowymi.

6 Podział stopów aluminium według głównego pierwiastka stopowego (oznaczenia dla stopów do obróbki plastycznej)

7 Klasyfikacja stopów aluminium Oprócz podziału według sposobu wytwarzania, stopy aluminium mona podzieli take ze wzgldu na ich skład chemiczny. Według tego kryterium stopy aluminium dzielimy na: Stopy aluminium z miedzi, Stopy aluminium z manganem, Stopy aluminium z krzemem, Stopy aluminium z magnezem, Stopy aluminium z cynkiem, Stopy aluminium z innymi metalami np. Fe, Li.

8 Oznaczanie stopów aluminium Stopy aluminium do obróbki plastycznej oznacza si na podstawie normy PNEN 5731:1997 (oznaczenie systemem liczbowym) lub normy PNEN 5732:1997 (oznaczenie przy uyciu symboli chemicznych). Odlewnicze stopy aluminium oznacza si według normy PNEN 17801:1999 i normy PNEN 17802:1999.

9 Wykres równowagi fazowej AlCu Aluminium tworzy z miedzi układ z eutektyk w temperaturze 548ºC o zawartoci miedzi 33%. Eutektyka w tym układzie jest złoona z roztworu stałego granicznego Cu w Al () oraz zwizku midzymetalicznego Al 2 Cu (faza ).

10 Orientacyjne stenia pierwiastków stopowych w stopach AlCu Grupa stopów Odlewnicze Durale miedziowe do obróbki plastycznej Wieloskładnikowe do obróbki plastycznej Al 93,495,6 9197,6 91,695,9 Cu 4,25,2 2,26 16,8 Mg 0,151,8 01,9 Mn 01,2 00,5 Stenie Si 01,2 01,3 pierwiastków Ni 02,3 stopowych, [%] Ti 0,150,35 00,2 00,2 Zr 00,25 00,25 Pb 00,6 01,5 Li 02,7 inne Bi:00,6; V:00,15 Fe:01,4; Bi:00,2

11 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z krzemem Wpływ pierwiastków stopowych : Si wpływa korzystnie na rzadkopłynno oraz lejno, zapewnia mały skurcz odlewniczy, zwiksza własnoci wytrzymałociowe, lecz tylko do stenia eutektycznego, Cu zmniejsza odporno na korozj, sprzyja obróbce skrawaniem, Mn ogranicza niekorzystny wpływ Fe (zmniejszenie R m i A 5 oraz zwikszenie twardoci), Mg zwiksza odporno na korozj, umoliwia utwardzanie wydzieleniowe dziki wytworzeniu fazy Mg 2 Si.

12 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z krzemem Ogólne własnoci: Dobra lejno, Mały skurcz odlewniczy, Niska temperatura topnienia, Dobra stabilno wymiarowa. Obróbka cieplna: Przesycanie oraz starzenie (gdy dodatkiem stopowym jest dodatkowo Mg).

13 Orientacyjne stenia pierwiastków stopowych w stopach AlSi Grupa stopów Al Si Stenie Cu pierwiastków Mg stopowych, [%] Mn Ni Ti Odlewnicze dwuskładnikowe wieloskładnikowe 84,392 79, ,5 1,613, ,5 00,65 01,3 00,25 Do obróbki plastycznej 75,498,8 0,513,0 01,3 01,8 0,1,5 01,5 Jako, e stopy Al z Si s głównie stopami odlewniczymi, zdecydowanie mniejsza ich grupa jest przeznaczona do obróbki plastycznej. S to głównie stopy o zawartoci ok. 2% Si, cho obróbce plastycznej mog by poddane take stopy o zawartoci Si wikszej ni 5%.

14 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z magnezem Własnoci ogólne: Najmniejsza gsto, Najwiksza odporno na korozj (głównie w wodzie morskiej), Umiarkowana lub wysoka wytrzymało, Dobrze spawalne, Podatne na korozj napreniow przy zawartoci Mg>3%, Nie nadaj si do pracy w podwyszonej temperaturze.

15 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z magnezem i krzemem Własnoci ogólne: Mniejsza wytrzymało ni stopów AlCu i AlZn, redniowytrzymałe, Wysoka odporno na korozj ogóln i napreniow, Dobra zdolno do odkształce plastycznych, Dobra spawalno, Nie nadaj si do pracy w podwyszonej temperaturze.

16 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z magnezem Obróbka cieplna Stopy aluminium z magnezem z reguły nie s przeznaczone do obróbki cieplnej. Mona je podda: Przesycaniu, Wyarzaniu ujednorodniajcemu, Rekrystalizujcemu, Odprajcemu. Stopy aluminium z magnezem i krzemem: Dodatkowo utwardzanie wydzieleniowe (dziki wydzieleniu fazy Mg 2 Si).

17 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z magnezem Zastosowanie: Odlewnicze stopy aluminium z magnezem: Odlewy na armatur morsk, Odlewy dla przemysłu chemicznego i spoywczego, Silnie obcione elementy i naraone na obcienia udarowe. Stopy aluminium z magnezem do obróbki plastycznej: rednio obcione czci w przemyle okrtowym i lotniczym, Urzdzenia przemysłu spoywczego i chemicznego.

18 Orientacyjne stenia pierwiastków stopowych w stopach AlMg Grupa stopów Al Mg Stenie Si pierwiastków Mn stopowych, [%] Fe Pb inne Odlewnicze 84,597,4 2,510,5 01,5 00, ,1 Ti:00,1 Do obróbki plastycznej Al z Mg Al z Mg i Si 93,299,5 96,199,3 0,45,6 0,351,2 00,5 0,21,3 01, , ,8 02 Cr:00,35 Cr:00,35

19 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z cynkiem Wpływ pierwiastków stopowych: Zn zwikszenie wytrzymałoci, tworzenie fazy utwardzajcej MgZn 2, Mg dalszy wzrost wytrzymałoci (szczególnie przy steniu od 3 do 7,5% Zn), tworzenie fazy MgZn 2, Cu (wraz z małymi ilociami Cr i Mn) dodany do stopów AlZnMg skutkuje najwiksz wytrzymałoci dostpnych stopów aluminium, zmniejsza odporno na korozj ogóln, lecz zwiksza odporno na korozj napreniow w stopach AlZnMg.

20 Ogólna charakterystyka stopów aluminium z cynkiem Zastosowanie: Elementy konstrukcji lotniczych, Elementy maszyn i urzdze, Czci pojazdów mechanicznych, Czci taboru kolejowego.

21 Orientacyjne stenia pierwiastków stopowych w stopach AlZn Grupa stopów Al Zn Mg Stenie Cu pierwiastków Mn stopowych, [%] Cr Ti Zr Fe Si Do obróbki plastycznej 84,699,2 0,88,4 03,7 02,6 00,7 00,35 00,2 00,25 0,5 0,5 Stop odlewniczy 90,294,7 5,3 0,55 0,25 0,4 0,33 0,18 0,8 0,3

22 Zastosowanie stopów aluminium Przemysł budowlany i konstrukcyjny, rodki transportu, Przemysł elektryczny i elektroenergetyczny, Pakowanie i przechowywanie, Artykuły gospodarstwa domowego, Inne zastosowania.

23 Przemysł budowlany i konstrukcyjny Konstrukcje lejsze nawet o 80% w porównaniu do tych samych, wykonanych ze stali, z zachowaniem podobnej wytrzymałoci, Wikszy stosunek wytrzymałoci do gstoci od wikszoci innych metali i materiałów konstrukcyjnych, O wiele mniejsze koszty utrzymania w dobrym stanie, Trwało, Przyjemny dla oka wygld, Łatwa obrabialno.

24 Stopy aluminium stosowane s na konstrukcje kadego rodzaju budynków, zarówno uytecznoci publicznej jak i budynki handlowe, przemysłowe oraz mieszkalne. Stopy Al znajduj zastosowanie take na: Mosty, Schody, Zadaszenia, Okna, Drzwi, Krzesła, ciany działowe, wietliki, Porcze, ciany osłonowe, aluzje, Okiennice, Kabiny prysznicowe, Rusztowania, Drabiny, Ogrodzenia, Bramy, Garae, Rónego rodzaju wyposaenie wntrza.

25 Przykłady zastosowa stopów aluminium w budownictwie Zadaszenie stadionu Millennium w Cardiff w Walii, 2 Ldowisko dla migłowców w Klangerfurcie w Austrii, 3 Pierwszy na wiecie most drogowy wykonany ze stopów Al w Quebec w 1949 roku, 4 Konstrukcja dachowa firmy Alcan.

26 rodki transportu

27 Stopy aluminium w przemyle lotniczym i kosmicznym mniejszy ciar, mniejsze koszty wiksza prdko, wiksza pojemno

28 Stopy aluminium w przemyle lotniczym i kosmicznym Do budowy statków powietrznych stosuje si wysokowytrzymałe stopy Al, które s zdolne wytrzymywa nadzwyczajne cinienia i naprenia podczas lotów na duych wysokociach i przy znacznych prdkociach. S to głównie stopy AlZn lub AlCu. Stopy Al s szeroko wykorzystywane we wszystkich rodzajach statków powietrznych takich jak: Lekkie jednostki latajce, Transportowe jednostki powietrzne, Wysokosprawne samoloty, Samoloty ponadnaddwikowe, migłowce, Statki kosmiczne.

29 Przykłady zastosowa stopów aluminium w lotnictwie i kosmonautyce Podstawowym materiałem promu kosmicznego s stopy Al stosowane m.in. na zewntrzne zbiorniki paliwa, paliwem w rakietach wspomagajcych jest sproszkowane aluminium, 2 Około 70% masy elementów konstrukcyjnych Boeinga 777 stanowi stopy Al (głównie stop 7075), 3 Lockheed Martin F16, do którego budowy w 83% zastosowano stopy aluminium.

30 Stopy aluminium w przemyle okrtowym Aluminium i jego stopy s najczciej stosowanym materiałem w przemyle okrtowym na: Kadłuby, Pokładówki, Nadbudówki, Pokrywy włazów, Maszty radarowe, Oraz czci wyposaenia m.in.: Drabiny, Porcze, Kraty, Okna, Drzwi, Szafki, Biurka, Krzesła, Koje i Wyposaenie kuchenne.

31 Przykłady zastosowa stopów aluminium w przemyle okrtowym Mniejsza łód wycieczkowa, 2 Statek aglowy, 3 Niszczyciel, 4 Prom pasaerski.

32 Transport drogowy jest równie jednym z głównych ródeł stosowania stopów Al. Obejmuje w przewaajcej czci samochody osobowe, ciarowe, autobusy, cigniki drogowe, cysterny. Stosowane s m.in. na: Silniki, Wały, Głowice cylindrów, Bloki cylindrów, Skrzynie biegów, Ramy i konstrukcje, pojazdów, Kabiny samochodów, ciarowych, Maski silników, Drzwi, Konstrukcje siedze, Zderzaki, Prowadnice ładunkowe dachowe, Układy hamulcowe, Obrcze kół, Naczepy, Zbiorniki paliwa, Wymienniki ciepła.

33 Przykłady zastosowa stopów aluminium w przemyle motoryzacyjnym Honda Element Silnik Obrcze kół Infiniti G35 Zawieszenie Obrcze kół Mini Cooper Głowice cylindrów Zawieszenie silnika Pedały Obrcze kół Nissan 350Z Silnik Zawieszenie Maska silnika Obrcze kół

34 Przykłady zastosowa stopów aluminium w przemyle motoryzacyjnym Zbiornik cinienia atmosferycznego VW Phaeton, 2 Konstrukcja Audi A2 3 Maska silnika Volvo S80, 4 Obrcz koła Peugot, 5 Wał napdowy BMW5, 6 Most tylny Citroen C5.

35 Przykłady zastosowa stopów aluminium w transporcie szynowym Nawozia w japoskich pocigach typu Shinkansen, 2 Nadwozia wagonów towarowych, 3 Wagony francuskich kolei TGV, 4 Wagony kanadyjskich linii kolejowych LRC.

36 Stopy aluminium w elektroenergetyce Stopy aluminium szeroko stosowane s take w elektroenergetyce na: Linie napowietrzne, Linie przesyłowe i rozdzielcze mocy, Inne wyposaenia do elektroenergetycznych sieci przesyłowych i rozdzielczych, Kable i przewody elektryczne stosowane w przemyle.

37 Pakowanie i przechowywanie Poniewa aluminium nie rdzewieje tak szybko jak stal i nie reaguje z wikszoci powszechne stosowanych materiałów, dlatego produkuje si z niego doskonałe pojemniki. Ze wzgldu na swój stosunkowo niewielki ciar bardzo ułatwia transportowanie zapakowanych materiałów spoywczych i nie tylko. Z aluminium i jego stopów wytwarza si m.in.: Folie, Puszki, Mniejsze pojemniki, Beczki, Kanistry, Pudła, Skrzynie, Klatki i wielkie kontenery.

38 Inne zastosowania Aluminium i jego stopy maj take szerokie zastosowanie w produkcji: Przedmiotów codziennego uytku: Patelnie, Garnki kuchenne, Półmiski, Odkurzacze, Maszyny do szycia, Kosiarki, Ramki obrazów, Sprztu sportowego np. Rowerowe ramy, Korby, Oraz elementów urzdze elektrycznych i elektronicznych np. Radiatory, Korpusy, Obudowy.

39 Stopy tytanu

40 Stopy tytanu s doskonałym materiałem konstrukcyjnym ze wzgldu na: Bardzo wysok wytrzymało wzgldn (przy R m równym 1,5 GPa i gstoci 4,5 g/cm 3 stosunek ten wynosi 33), Wysokarowytrzymało nawet do 800ºC, Bardzo dobr odporno na korozj, Korzystn biotolerancj, Podatno do przeróbki plastycznej, Dobr spawalno, Paramagnetyczno.

41 Metody otrzymywania tytanu Główne metody otrzymywania tytanu to: Redukcja czterochlorku tytanu magnezem, Redukcja czterochlorku tytanu sodem, Redukcja dwutlenku tytanu magnezem, aluminium lub wapniem, Metoda jodkowa, Metoda elektrolityczna, Metalurgia proszków.

42 Redukcja czterochlorku tytanu magnezem, nazywana metod W. J. Krolla jest najczciej stosowan metod otrzymywania tytanu, polegajc na redukcji TiCl 4 magnezem w obecnoci gazu szlachetnego (najczciej argonu) w temperaturze w zakresie od 850 do 900ºC. W ten sposób otrzymywana jest tzw. gbka tytanowa, czyli tytan w postaci gbczastej. Nastpnym etapem jest przetopienie gbki tytanowej na lity tytan w postaci wlewków. Wad tej metody jest: Zwikszona zawarto wodoru po wysuszeniu gbki tytanowej. Zalet: Zadowalajca jako produktu.

43 Przemiana alotropowa Tytan wykazuje dwie odmiany alotropowe: Ti i Ti. Odmiana alotropowa Ti jest trwała do temperatury 882,5ºC i krystalizuje w układzie heksagonalnym. W stopach tytanu wystpuje jako faza. Odmiana alotropowa Ti jest trwała od temperatury 882,5ºC do temperatury topnienia i krystalizuje w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. W stopach tytanu wystpuje jako faza. Faza moe równie wystpowa w temperaturze pokojowej w przypadku, gdy zawarto pierwiastków stabilizujcych fazprzekroczy tzw. zawarto krytyczn.

44 Przemiana alotropowa Ze wzgldu na szybko chłodzenia przemiana ta moe odbywa si poprzez: Zarodkowanie i rozrost ziaren nowej fazy (proces dyfuzyjny), Powstawanie fazy martenzytycznej (proces cinania). Podczas wolnego nagrzewania nastpuje utworzenie zarodków fazy na granicach ziaren fazy pierwotnej, nastpuje ich rozrost a do uzyskania całkowitej fazy o strukturze wyjciowej ziarnistej. Podczas szybkiego nagrzewania zarodki tworz si take wewntrz ziaren. Przy chłodzeniu z mał prdkoci, podczas przemiany Ti Ti, w trakcie procesu dyfuzyjnego, zarodki fazy powstaj na granicach ziaren fazy pierwotnej i nastpuje ich rozrost, a przy szybkim chłodzeniu przemiana ta ma charakter martenzytyczny, wtedy faza ma struktur iglast.

45 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur stopów tytanu i temperatur przemiany alotropowej Ti Ti Pierwiastki podwyszajce temperatur przemiany alotropowej, czyli pierwiastki stabilizujce faztj. Al, Ga, In, O, N, C.

46 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur stopów tytanu i temperatur przemiany alotropowej Ti Ti Pierwiastki izomorficzne stabilizujce faztj. V, Mo, Ta, Nb, przy których nie zachodzi przemiana eutektoidalna.

47 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur stopów tytanu i temperatur przemiany alotropowej Ti Ti Eutektoidalne pierwiastki stabilizujce faztj. Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Si, Ag, W, Au, Pb, Be, Co powodujce przemian eutektoidaln+tix, gdzie X jest dodatkiem stopowym.

48 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur stopów tytanu i temperatur przemiany alotropowej Ti Ti Pierwiastki, które maj nieznaczny wpływ na temperatur przemiany alotropowej tzw. pierwiastki neutralne tj. Sn, Zr, Ge, Th, Hf.

49 Współczynnik stabilnoci fazy (K ) Struktur stopów mona ustali znajc warto współczynnika stabilnoci fazy (K ): k k K = β k k 1kryt 2kryt k k n nkryt W stopach dwuskładnikowych tytanu stosunek rzeczywistej zawartoci pierwiastków stabilizujcych fazdo ich krytycznej zawartoci (takiej zawartoci, która umoliwia otrzymanie w temperaturze 25ºC struktury złoonej tylko z fazy ). W stopach wieloskładnikowych suma ilorazów rzeczywistej zawartoci kadego pierwiastka stabilizujcego faz do jego krytycznej zawartoci w podwójnym stopie z Ti.

50 Podział stopów tytanu ze wzgldu na struktur w oparciu o współczynnik stabilnoci fazy : Stopy, gdzie K <0,1, Stopy pseudo, gdzie 0,1< K <0,25, Stopy + typu martenzytycznego, gdzie 0,3< K <0,9, Stopy + typu przejciowego, gdzie 1,0< K <1,4, Stopy pseudo, gdzie 1,6< K <2,5, Stopy, gdzie K >3,0.

51 Stopy jednofazowe zawieraj pierwiastki stabilizujce faz, pierwiastki neutralne, a take pierwiastki stabilizujce faz, ale tylko w takiej iloci, która nie przekracza ich zawartoci krytycznej w fazie. Struktur tych stopów po odkształceniu plastycznym i po wyarzaniu stanowi w zdecydowanej wikszoci roztwór stały (powyej 95%). Podstawowymi pierwiastkami stopów tej grupy s Al, Sn i Zr, które decyduj o: dobrych własnociach odlewniczych, dobrej spawalnoci, duej odpornoci na krucho na zimno, dobrej wytrzymałoci na pełzanie, duej stabilnoci cieplnej. Popraw wytrzymałoci tych stopów mona uzyska przede wszystkim poprzez umocnienie roztworu stałego. Stopów z reguły nie poddaje si obróbce cieplnej, a jeeli tak to jedynie wyarzaniu odprajcemu i rekrystalizujcemu.

52 Stopy pseudo zaliczaj si do grupy stopów. Stopy te zawieraj pierwiastki stabilizujce faz oraz pierwiastki stabilizujce faz w steniu nieco przekraczajcym ich zawarto krytyczn w fazie. Stopy pseudo maj prawie takie same podstawowe własnoci jak stopy, ale charakteryzuj si lepszymi własnociami wytrzymałociowymi i arowytrzymałoci, co spowodowane jest zawartoci pierwiastków stabilizujcych faz powyej ich granicznej rozpuszczalnoci. Stopów pseudo, tak jak stopów, z reguły nie mona umacnia poprzez obróbk ciepln.

53 Stopy + typu martenzytycznego w swojej strukturze zawieraj du ilo pierwiastków stabilizujcych faz, lecz nie wysz od ich pierwszej zawartoci krytycznej. W stanie równowagi maj od 5 do 25% fazy lub te martenzytyczne fazy ' i '' w wyniku szybkiego chłodzenia z temperatury stabilnoci fazy. Stopy te maj dobre własnoci wytrzymałociowe oraz cechuj si dobr plastycznoci w stanie wyarzonym. Stopy + typu martenzytycznego, po wyarzaniu normalizujcym maj wiksz plastyczno ni stopy jednofazowe, a po obróbce cieplnej znacznie przewyszaj je własnociami wytrzymałociowymi. Jednak powan wad tych stopów jest dua wraliwo struktury na podwyszon temperatur.

54 Stopy + typu przejciowego w stanie równowagi posiadaj struktur złoon z fazy i fazy w iloci od 25 do 50 %. Czasami moe si utworzy struktura w 100% złoona z fazy M w wyniku szybkiego chłodzenia z temperatury stabilnoci fazy, w której z kolei moe si wydziela czasami faza przejciowa. Stopy + typu przejciowego maj bardzo wysoki stopie umocnienia po obróbce cieplnej. W przeciwiestwie do stopów typu martenzytycznego, oddziaływanie rónych czynników technologicznych nie ma tak duego wpływu na struktur stopów przejciowych (jest mniej wraliwa).

55 Stopy pseudo charakteryzuj si du zawartoci pierwiastków stabilizujcych faz. Dlatego w stopach pseudo nie zachodzi przemiana martenzytyczna. W stanie równowagi struktura stopów pseudo zawiera due iloci fazy i małe iloci fazy. Po hartowaniu tworzy j faza niestabilna M, a po starzeniu tworz j fazy i. Stopy pseudo wykazuj si duym umocnieniem w wyniku obróbki plastycznej oraz znaczn wytrzymałoci w podwyszonych temperaturach, a take dobr plastycznoci. Wadami tych stopów jest zdolno pochłaniania tlenu i silna absorpcja wodoru podczas trawienia, czego rezultatem jest wzrost kruchoci. Naley unika take udziału Fe i Cr w stopach pseudo ze wzgldu na krucho połcze spawanych po umacniajcej obróbce cieplnej.

56 Stopy składaj si głównie z pierwiastków stabilizujcych faz, co powoduje znaczne obnienie temperatury przemiany fazowej. Stopy łatwiej poddaj si przeróbce plastycznej ni stopy czy stopy +, co spowodowane jest krystalizacj w układzie regularnym o sieci przestrzennie centrowanej w odrónieniu do stopów i +, które krystalizuj w układach heksagonalnych. Ze wzgldu na bardzo du zawarto pierwiastków stabilizujcych faz, procesy starzenia w tych stopach przebiegaj bardzo powoli, wic umocnienie poprzez obróbk ciepln nie przynosi wymaganych efektów.

57 Skład chemiczny i właciwoci wybranych stopów tytanu Struktura Stop Stenie pierwiastków stopowych, [%] Al Cr Mo Sn V Uwagi WT51 Ti5,5Al2,5Sn3Cu 4,06,0 4,56,0 2,03,0 2,03,0 pseudo WT20 Ti4Al4Mn 5,57,0 3,54,5 0,51,8 0,82,3 1,42,5% Zr 3,54,5% Mn Ti6Al4V 5,56,7 3,54,5 + WT31 WT22 5,56,5 4,55,9 0,82,3 0,52,0 23 4,05,5 4,05,5 0,20,4% Si WT30 9,011 4,04,5 5,58,0% Zr i pseudo WT15 Ti13V11Cr3Al 2,33,5 2,54,0 9, ,57,5 12,514,5

58 Zastosowanie stopów tytanu Przemysł lotniczy i kosmiczny, Przemysł zbrojeniowy, Przemysł okrtowy, Sprzt medyczny, Aparatura chemiczna, Sprzt sportowy, Inne zastosowania.

59 Przykłady zastosowa stopów tytanu w przemyle lotniczym i kosmonautyce Elementy silnika Trent 900 zasilajcego najwikszy samolot pasaerski wiata Airbus A3802 Piercienie, wsporniki w promach kosmicznych, 3 F14 Tomcat, którego 25% wagi to stopy tytanu Ti6Al4V wykorzystane w mechanizmie zmiany geometrii, skrzydłach, wlotach powietrza i w tylnej czci kadłuba, 4 Element złczny

60 Przykłady zastosowa stopów tytanu w medycynie Konstrukcja protezy zbowej, 2 Ktnica stomatologiczna, 3 Implant rubowy, 4 Aparat ortodontyczny z bardzo sprystego stopu TiNi.

61 Przykłady zastosowa tytanu i jego stopów Rama rowerowa, 2 Korba, 3 Ramki okularów, 4 Pancerze pojazdów wojskowych, 5 Spryna, 6 Obrczka.

62 Stopy magnezu

63 Stopy magnezu s doskonałym materiałem konstrukcyjnym ze wzgldu na: Bardzo mał gsto (ok. 1,8 g/cm 3 ), Dobr wytrzymało (R m do 360 MPa) i sztywno w pokojowej jak i podwyszonej temperaturze, Dobr odporno na korozj, Znakomit stabilno wymiarow, Wysok odporno na wstrzsy i uderzenia, Dobr zdolno tłumienia drga i nisk bezwładno, Dobr obrabialno skrawaniem, Łatwo spawania.

64 Wpływ pierwiastków stopowych na własnoci stopów magnezu Głównymi pierwiastkami stopowymi w stopach magnezu s: Aluminium, Cynk, Mangan, a take czasami krzem, lit, cer, cyrkon i metale ziem rzadkich.

65 Wpływ aluminium na własnoci mechaniczne stopów magnezu Ponadto: Przy zawartoci ok. 10% Al, stopy magnezu charakteryzuj si bardzo dobra lejnoci, zmniejsza skurcz, ale powoduje krucho na gorco.

66 Wpływ cynku na własnoci mechaniczne stopów magnezu Ponadto: Przy ok. 3% cynku, stopy Mg charakteryzuj si bardzo dobr lejnoci, wiksza zawarto Zn powoduje krucho na gorco oraz wystpowanie zjawiska mikroporowatoci, powyej 2% Zn, zmniejsza si wydłuenie.

67 Wpływ manganu na własnoci stopów magnezu Wystpuje prawie we wszystkich stopach magnezu przewanie w steniu od 0,1 do 0,5%, Zwiksza wytrzymało, Poprawia odporno na korozj, Umoliwia ich spawanie, Ogranicza niekorzystny wpływ elaza, które powoduje korozj, W stopach MgAl wchodzi w skład rónych zwizków midzymetalicznych, których twardo wzrasta z udziałem Al.

68 Klasyfikacja i oznaczenie stopów magnezu Ze wzgldu na sposób wytwarzania, stopy magnezu mona podzieli na: Odlewnicze stopy magnezu, Stopy magnezu do obróbki plastycznej na zimno i na gorco. Obecnie w Polsce obowizuj dwie normy dotyczce stopów magnezu: PNEN 1753:2001 Magnez i stopy magnezu. Gski i odlewy ze stopów magnezu, PNEN 1754:2002 Magnez i stopy magnezu. Anody, gski i odlewy z magnezu i stopów magnezu System oznaczania.

69 Odlewnicze stopy magnezu Odlewnicze stopy magnezu s głównie stopami z dodatkiem aluminium, cynku, manganu, krzemu oraz litu. Charakteryzuj si: Dobrymi własnociami odlewniczymi tj. Dobr lejnoci, Małym skurczem odlewniczym, Wykazuj bardzo dobr podatno na obróbk skrawaniem.

70 Metody odlewania stopów magnezu Odlewanie cinieniowe metoda najpowszechniej stosowana, Odlewanie do form metalowych (kokil), Odlewanie do form piaskowych, Prasowanie w stanie ciekłym, Odlewanie w stanie stałociekłym (odlewanie tiksotropowe).

71 Skład chemiczny wybranych odlewniczych stopów magnezu wg normy PNEN 1753:2001 Oznaczenie stopu ENMCMgAl8Zn1 ENMCMgAl9Zn1 ENMCMgAl6Mn ENMCMgZn6Cu3Mn ENMCMgZn4RE1Zr ENMCMgREZn2Zr ENMCMgRE2Ag2Zr ENMCMgREAg1Zr ENMCMgY5RE4Zr ENMCMgY4RE3Zr Al 7,08,7 8,79,7 5,56,5 Stenie pierwiastków stopowych, [%] Zn Mn RE Zr inne 0,351,0 0,1 0,1 Si; 0,03 Cu 0,351,0 0,1 0,1 Si; 0,03 Cu 0,2 0,1 0,1 Si; 0,01 Cu 5,56,5 0,250,75 0,2 Si; 2,43,0 Cu 3,55,0 0,15 0,751,75 0,41,0 0,01 Ni; 0,03 Cu 2,03,0 0,15 2,54,5 0,41,0 0,01 Ni;0,03 Cu 0,2 0,15 2,03,0 0,41,0 2,03,0 Ag;0,01 Cu 0,2 0,15 1,53,0 0,41,0 1,31,7 Ag;0,01 Cu 0,2 0,15 1,54,0 0,41,0 4,755,5 Y;0,03 Cu 0,2 0,15 2,44,4 0,41,0 3,74,3 Y;0,03 Cu

72 Wykres równowagi fazowej Mg Al Magnez tworzy z aluminium układ fazowy z eutektyk o zawartoci 32,3% Al w temperaturze 437ºC. Eutektyka składa si z roztworu stałego i roztworu stałego wtórnego o zawartoci 40,2% Al.

73 Obróbka cieplna stopów magnezu Obróbka cieplna odlewniczych stopów magnezu polega na: Utwardzaniu wydzieleniowym, Wyarzaniu rekrystalizujcym, Wyarzaniu ujednorodniajcym, Wyarzaniu zmikczajcym.

74 Obróbka cieplna stopów magnezu Obróbka cieplna stopów magnezu do obróbki plastycznej polega na: Utwardzaniu wydzieleniowym rzadko stosowana ze wzgldu na zbyt długie czasy starzenia i słaby efekt poprawy własnoci wytrzymałociowych, Wyarzaniu rekrystalizujcym, Wyarzaniu odprajcym w temp ºC w celu usunicia korozji napreniowej wystpujcej podczas obróbki na zimno.

75 Zastosowanie stopów magnezu Przemysł motoryzacyjny, Przemysł lotniczy, Przemysł włókienniczy, Czci i obudowy rónych maszyn oraz urzdze, Wyposaenie biurowe, Sprzt sportowy, Inne zastosowania.

76 Przykłady zastosowa stopów Mg w przemyle motoryzacyjnym Obrcz koła, 2 Korpus tablicy przyrzdów kontrolnopomiarowych Cadillac DeVille, 3 Konstrukcja siedzenia, 4 Hamulec rczny Porsche, 5 Kierownica Volkswagena Lupo, 6 Obudowa skrzyni przekładniowej.

77 Przykłady zastosowa stopów Mg w przemyle lotniczym Czci skrzyni biegów migłowców typu Westland Sea King, 2 Czci silnika Rolls Royce Tay zasilajcego m.in. Boeing 727 (3), 4 Czci silnika Rolls Royce BR710 zasilajcego m.in. mniejszy samplot pasaerski Global Express (6) i brytyjski samolot rozpoznawczy Nimrod MRA4 (7), 5 Odlewy skrzyni przekładniowych migłowców typu Sikorsky S92.

78 Przykłady innych zastosowa stopów magnezu Piła tarczowa, 2 Piaszczarka, 3 Obudowa laptopa, 4 Łuk wyczynowy, 5 Obudowa telefonu komórkowego, 6 Czci rowerowe, 7 Korpus aparatu.

79 Inne zastosowania magnezu i jego stopów Jako rodki do oczyszczania kpieli metalowej z gazów, Do odsiarczania przy produkcji stopów miedzi i niklu oraz stali i elaza, Jako rodek redukujcy metali nieelaznych m.in. tytanu, berylu, cyrkonu, hafnu i uranu, Jako anody magnezowe do przeciwdziałania korozji galwanicznej stali w pewnych rodowiskach takich jak podziemne rurocigi, zbiorniki zasobnikowe i domowe podgrzewacze wody, W pirotechnice, W suchych ogniwach i zapasowych ogniwach akumulatorów, głównie dla potrzeb wojskowych.

80 Podsumowanie Stopy aluminium: Mała gsto (2,8 g/cm 3 ), a zarazem wysoka wytrzymało wzgldna, Wysoka odporno na korozj, Doskonała obrabialno.

81 Podsumowanie Stopy tytanu: Najwiksza arowytrzymało (do 800ºC), Najwiksza wytrzymało na rozciganie dochodzca do 1800 MPa, Bardzo dobra odporno na korozj (odporno na wikszo agresywnych rodowisk).

82 Podsumowanie Stopy magnezu: Najmniejsza gsto wynoszca ok. 1,8 g/cm 3, a dochodzca nawet do 1,3 g/cm 3, Wysoka odporno na wstrzsy, uderzenia i wgniecenia, a take doskonałe zdolnoci tłumienia hałasu i drga, Bardzo dobra stabilno wymiarowa.