17 października 2021


Materiały lekkie (o niedużej gęstości ρ), np. z grupy metali lekkich, takie jak m.in. stopy aluminium (ρ ≈ 2,7 g/cm3), stopy magnezu (ρ ≈ 1,8 g/cm3) i stopy tytanu (ρ ≈ 4,5 g/cm3), albo z grupy kompozytów (zwłaszcza posiadających gęstość ρ = 1 ÷ 3 g/cm3), nierzadko znajdują zastosowanie w takich branżach, jak np. aeronautyczna, motoryzacyjna i budowy maszyn, a także w przemyśle zbrojeniowym, okrętowym, chemicznym i w medycynie.

Kazimierz Czechowski, Iwona Wronska

 Materiały te posiadając niedużą gęstość, przy równocześnie dużej wytrzymałości właściwej i sztywności właściwej, stosowane są w konstrukcjach lekkich, a z uwagi na inne korzystne właściwości mogące występować razem lub osobno, takie jak m.in. wysoka odporność na korozję, duża przewodność cieplna i elektryczna, a w niektórych przypadkach także odporność na wysoką temperaturę czy korzystną biotolerancję – mogą być wykorzystywane na odpowiedzialne elementy pojazdów, maszyn, urządzeń, aparatury, przyrządów i inne.
Na rysunku 1 przedstawiono porównanie modułów sprężystości podłużnej E oraz gęstości ρ dla różnych grup materiałów [1].

spawanie-gazowe rys1

Rys. 1  Moduł sprężystości podłużnej i gęstość dla różnych grup materiałów (wg AluMATTER) [1]

Rodzaje stopów aluminium i ich skrawalność
Aluminium, którym się zajmujemy w tej części artykułu, z 8% udziałem w skorupie ziemskiej jest trzecim najczęściej występującym pierwiastkiem po tlenie i krzemie. Stopy aluminium posiadają ok. 3-krotnie mniejszy niż dla stali ciężar właściwy i ok. 2-krotnie większą niż dla stali wytrzymałość właściwą (iloraz wytrzymałości i ciężaru właściwego 1) oraz zbliżoną do stali sztywność właściwą (iloraz modułu Younga i ciężaru właściwego), a przy tym dodatkowo są odporne na korozję.
Rozwój lżejszych konstrukcji maszyn spełniających wymagania co do wytrzymałości i sztywności, prowadzi do zwiększonego stosowania stopów aluminium, np. w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym. Sprzyja temu ciągły postęp w rozwoju technologii wytwarzania, co powoduje, że otwierają się różnorodne możliwości dla ekonomicznie uzasadnionego coraz szerszego przemysłowego zastosowania stopów aluminium. Nie bez znaczenia są także wciąż wzrastające wymagania ekologiczne, np. dotyczące możliwości recyclingu [1, 2].
Stopy aluminium można podzielić na odlewnicze (wg PN-EN 1706:2001) i do przeróbki plastycznej (wg PN-EN 573-3:2005). Odlewnicze stopy aluminium to najczęściej stopy wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5÷25%), takich jak np. krzem (Si), magnez (Mg), cynk (Zn), miedź (Cu) i inne. Charakteryzują się one dobrą lejnością i małym skurczem. Z kolei stopy aluminium do przeróbki plastycznej zwykle zawierają mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie magnez (Mg do ok. 6%), miedź (Cu do ok. 5%) i mangan (Mn do 1,5%), a rzadziej krzem (Si), cynk (Zn), żelazo (Fe) itd. Niektóre stopy aluminium są naturalnie twarde, a inne można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich właściwości wytrzymałościowe znacznie się polepszają i mogą nie być gorsze niż nawet wielu stali [5].

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (80) maj 2014