ALUMINIUL ÎN INDUSTRIA DE AUTOMOBILE by Mîrzea Vasile

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA AUTOVEHICULUL ŞI MEDIUL

- REFERAT-

Disciplina: MATERIALE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR Tema: ALUMINIUL ÎN INDUSTRIA DE AUTOMOBILE

Îndrumător: Prof.dr.ing. Anghel CHIRU

Student: MÎRZEA VASILE Grupa 1MR562

-1-

-2-

Cuprins: I.

INTRODUCERE ........................................................................................................... 5

II.

PRINCIPALELE FAMILII DE ALIAJE DE ALUMINIU UTILIZATE ÎN INDUSTRIA

AUTOMOBILELOR.............................................................................................................. 6 1.

Tipuri de aliaje de aluminiu ....................................................................................... 6

Specificaţiile aliajelor de aluminiu ........................................................................... 11

III.

CARACTRISITCILE FIZICO-MECANICE ALE ALIAJELOR DE ALUMNIU ............ 13

IV.

APLICAŢII ÎN INDUSTRIA AUTOMOBILELOR ...................................................... 16

Elemente de caroserie ............................................................................................ 16

Blocul motor şi alte elemente ale motorului (chiulasele, pistoanele, cilindrii) .......... 18

Jantele .................................................................................................................... 19

Alte elemente:......................................................................................................... 19 BIBLIOGRAFIE .......................................................................................................... 21

-3-

-4-

INTRODUCERE Aluminiu este cel mai răspândit metal în scoarţa terestrǎ, iar printre elemente

ocupǎ locul al treilea în urma oxigenului şi siliciului. Datoritǎ activităţii sale chimice mari, se găseşte în naturǎ numai sub formǎ de compuşi. Împreunǎ cu oxigenul şi siliciul formează 82,58% din scoarţa terestrǎ. Aluminiul şi aliajele sale reprezintă un domeniu destul de puţin utilizat în industria automobilelor. Pe lângă realizarea jantelor şi a unor piese sau subansambluri din aluminiu, cu noile tehnologii se pot realiza şi caroserii din aluminiu. Noile echipamente destinate creşterii confortului şi securităţii (airbag, ABS, ranforsarea habitaclului, insonorizarea, noile aparate din domeniul informaticii şi comunicaţiilor) au adăugat multe kilograme în plus automobilelor moderne. Greutatea suplimentară a impus şi creşterea puterii motoarelor, care, implicit, necesită consumuri de carburant mărite. Singura soluţie viabilă pentru micşorarea consumului de carburant, odată cu realizarea unor motoare mai economice, continuă să fie reducerea greutăţii automobilului. Fiindcă o reducere cu 10% a masei poate produce, implicit, o scădere a consumului de carburant cu 6-8%. Iar reducerea greutăţii se poate realiza, deocamdată, prin folosirea aluminiului şi a maselor plastice. Folosirea aluminiului aluminiul prezintă unele calităţi pe lângă care specialiştii în automobile nu au putut trece nepăsători: densitate mică, rezistenţă bună la coroziune şi conductibilitatea termică ridicată. Specialiştii afirmă că fiecare tonă de aluminiu utilizată pe autovehicul scade emisia de noxe cu 20 de tone pe toată durata vieţii autovehiculului. Utilizarea aluminiului mai permite şi reducerea maselor unor componente, instalaţii şi sisteme. Prin utilizarea aluminiului la confecţionarea structurilor caroseriilor se crede că se va putea atinge un obiectiv mult dorit de specialiştii din lumea întreagă: coborârea consumului de carburant sub 3 litri/100km. Printre avantajele utilizării aluminiului trebuie să mai amintim şi faptul că este un metal reciclabil în proporţie de 100%, rata de recuperare a aluminiului de pe automobilele casate fiind în prezent de peste 95% în ţările industrializate. Totodată reutilizarea aluminiului reciclat în fabricaţia de automobile permite realizarea unei economii de energie electrică de 90-94%. Mai amintim şi faptul că înlocuirea oţelului cu aluminiul înseamnă reducerea, în proporţie de 90%, a poluării atmosferei cu CO2 în zonele industriale în care se fabrică oţelul. Scurt istoric. Trebuie să amintim că utilizarea aluminiului a început chiar din primii ani ai secolului XX. Începând din 1905, dar mai pregnant din 1920, unele piese de motor încep -5-

să fie realizate din aliaje de aluminiu cum ar fi carburatoarele, carterele, chiulasele şi pistoanele motoarelor. Primul automobil prototip francez, cu caroserie realizată complet din aluminiu, datează din anul 1934, iar cel de al doilea, denumit Gregoire, din anul 1942. O dată cu îmbunătăţirea tehnologiilor de realizare a pieselor din aluminiu turnat şi de prelucrare a acestora tot mai multe piese şi subansambluri din oţel de pe automobil sunt înlocuite cu cele din aluminiu. Mai ales în ultimii ani ponderea greutăţii aluminiului pe automobile a crescut cu circa 6% pe an. Ca exemplu, în 1996, statisticile arătau că se ajunsese la un consum de aluminiu pe automobil de 114 kg în SUA, de 90 kg în Japonia şi de 70 de kilograme în Europa. Acum, un automobil european conţine peste 100 kg de aluminiu la o greutate totală medie de 1100 kg. În funcţie de modelul maşinii însă greutatea aluminiului utilizat variază foarte mult putând depăşi 270 kg pe un automobil Jaguar, 310 kg la un Porche şi 384 kg la un Audi A8.

II.

PRINCIPALELE FAMILII DE ALIAJE DE ALUMINIU UTILIZATE ÎN INDUSTRIA AUTOMOBILELOR 1. Tipuri de aliaje de aluminiu Aluminiul se aliază cu diferite elemente (Cu, Si, Mg, mai rar Mn, Ni, Fe, Cr, Zn)

pentru mărirea rezistentei la rupere, limita de curgere si duritatea. Alierea conduce la scăderea conductibilităţii electrice şi a ductilităţii. În practica se admite un compromis între proprietăţile care se exclud, ţinând cont de scopul urmărit şi se pune în evidenţă în primul rând proprietatea care interesează cel mai mult. În industria de automobile, aliajele de aluminiu se folosesc sub forma de piese turnate, forjate sau matritate, semiproduse obtinute prin deformare, table, profile, bare etc. si au la baza urmatoarele sisteme: AI-Si hipoeutectice, eutectice si hipereutectice cu adaosuri de bor, beriliu, titan, mangan, cadmiu, zirconiu, lantanide; Al-Si-Mg, Al-Si-Cu cu adaosuri de mangan, beriliu, cadmiu, molibden, titan, crom, zirconiu; AI-Cu-Mg cu adaosuri de litiu, cadmiu, nichel, titan; AI-Mg si AI-Mg-Zn cu adaosuri de mangan, crom, beriliu; AI-Si-Mg cu mici adaosuri de cupru, mangan, crom, cu limitarea conţinutului de fier si siliciu. Pentru caroseria automobilelor în prezent o larga utilizare au aliajele pe baza sistemului Al-Mg cu 2...6% Mg, microaliate pentru finisarea structurii cu 0,01…0,2% Ti, 0,001...0,1% B si având unul sau mai multe elemente din grupa 0,05...1,5% Mn, 0,05...0,3% Cr, 0,05...0,3% Zr, 0,05...0,2% V, 0,05 …0,2% Mo, care se prelucrează foarte

-6-

bine si rezista excelent la coroziune.

Se recomanda ca la proiectarea materialelor

metalice cu baza de aluminiu pentru diferite scopuri, sa se aibă în vedere urmatoarele: -

Solicitările la care este supus materialul metalic în timpul exploatării şi mediul

în care lucrează; -

Proprietăţile care se pot realiza în funcţie de puritatea materialelor care

compun încărcătura, performantele agregatelor şi utilajelor de elaborare, turnare şi prelucrare, calificarea şi competenta profesionala a personalului de conducere şi deservire; -

Posibilităţi de îmbunătăţire a proprietarilor prin tratament termic şi modul de

prelucrare; -

Factori de economicitate şi productivitate.

Având în vedere marea diversitate a aliajelor de aluminiu, pentru clasificarea aliajelor utilizate în industria automobilelor sunt luate în considerare mai multe criterii: a) După natura şi numărul elementelor de aliere se împart în: -

aliaje binare (Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, etc.) - aliajele binare au o solubilitate limitata

cu formare de eutectice. -

aliaje ternare (Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg etc.).

aliaje complexe (Al-Cu-Mg-Mn - duraluminiu etc.). b) După tehnologia de fabricare, aliajele de aluminiu se împart în doua grupe:

aliaje turnate în piese (aliaje de turnătorie).

aliaje deformabile.

Domeniul lor este determinat de limita de saturaţie a soluţiei solide la temperatura eutecticului (fig. 1II.1)

Conţinut Al

Fig. II.1 – Clasificarea aliajelor după domeniile de compoziţie -7-

Aliajele de turnătorie Sunt aliaje care în diagrama de echilibru sunt situate după punctul limită şi au în structura faza eutectică. Structura apropiată de compoziţia eutectică, domeniul îngust de solidificare determină la aceste aliaje însuşiri foarte bune de turnare şi, în special, fluiditate mare care uşurează umplerea completa a formelor. Aliajele de turnatorie, spre deosebire de cele destinate pentru prelucrare plastică, permit adaos mărit de elemente de aliere, care conduce la îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice şi tehnologice. Majoritatea acestor aliaje se tratează termic pentru durificare prin călire şi îmbătrânire sau se livrează în stare recoapta, când sunt folosite la confecţionarea pieselor care lucrează Ia temperaturi înalte. Cele mai răspândite aliaje de aluminiu pentru turnătorii sunt pe baza următoarelor sisteme:

• Aliaje AI-Si binare cu 3... 12% Si, cu sau fără adaosuri mici de mangan, magneziu. Compoziţia cea mai utilizata este siluminul eutectic destinat turnării sub presiune;

• Aliaje Al-Si complexe: -

aliajele Al-Si-Cu cu 2... 12% Si, 0,1... 3% Cu cu sau fara adaosuri de

magneziu, mangan, zinc, crom, titan, cadmiu, beriliu, molibden, bor, nichel; -

aliaje AI-Si-Cu-Mg cu 7... 14%Si, 2...5%Cu, 0,1...0,8%Mg, cu sau fara

adaosuri de titan, bor, beriliu, molibden, mischmetall, crom, cadmiu, staniu, plumb, stibiu, calciu, potasiu; -

aliaje Al-Si-Cu-Mg-Ni cu 0,2... 3%Si, 0,2... 5,6%Cu, 0,2 ... 5,6%Ni, 0,2...

5%Mg, cu adaosuri de titan, mangan, zinc, crom, cobalt, fosfor, zirconiu, molibden, tantal, niobiu, wolfram, vanadiu etc.; -

aliaje Al-Si-Ni-Cu-Mg cu 12,5... 17%Si, 15,5... 17%Ni, 1,8... 8%Cu,

1,6...3%Mg, care în stare turnata poseda cea mai mare duritate dintre materialele metalice cu baza de aluminiu, având Ia 20°C, HB = 200...225 daN/mm2, respectiv la 350°C, HB = 100...115 daN/mm2; -

aliaje AI-Si-Zn-Cu-Mg, cu 2...18% Si, 2...16%Zn, 1... 5%Cu, 1 ...4%Mg;

adaosuri de 0,2...0,4% (Ti + Be), 0,1... 0,8% (Mn + Cr), care dupa tratament termic în atmosfera controlata ating proprietati mecanice comparabile cu ale aliajelor în stare deformata;

• Aliaje Al-Cu binare, 4...1.2%Cu cu adaosuri mici de magneziu, titan, fier şi nichel; •

Aliaje Al-Cu complexe: -

aliaje Al-Cu-Mg-Ni cu 4...8%Cu, 1,5...6%Mg, 0,5...2%Ni cu adaosuri de siliciu,

titan şi fier; -8-

aliaje AI-Cu-Mn-Cr cu 5…6,5% Cu, 0,4…0,8% Mn, 0,2...0,4% Cr, cu adaosuri

de cadmiu,titan, zirconiu şi bor; -

aliaje AI-Cu-Zn-Mg cu 3,5...5,5% Cu, 2,5...4,5% Zn, 0,2…0,6% Mg, cu

adaosuri de zireoniu şi titan;

• Aliaje AI-Fe cu 0,5...10% Fe, având în compozitie litiu, sodiu, strontiu, bor fiecare sub 0,1% şi magneziu, mangan, siliciu, cupru, titan, fiecare sub 0,5%;

• Aliaje AI-Mg binare cu 2…10% Mg şi cu mici adaosuri de mangan, crom şi unul din elementele galiu, cadmiu, bismut, bor, hafniu, cobalt, lantanide, toriu etc.;

• Aliaje Al-Mg complexe: -

aliaje AI-Mg-Ag-Si cu 3...4,5%Mg, 0,6...1,8%Si, 0,4...1,5%Ag cu adaosuri de

zirconiu, fier şi mangan;

•

Aliaje Al-Zn -

aliaje AI-Zn-Mn-Si-Mg-Fe-Cr cu 1... 7% Zn, 0,2...2% Mn, 0,1...1% Cr,

0,3...1,5% Fe, 0,1...1% Mg, 0,1...5% Si cu adaosuri de titan şi bor, fiind destinat turnarii sub presiune; -

aliaje AI-Zn-Cu-Si-Mn-Mg cu 4,5... 5,5% Zn, 3,2...3,5% Cu, 4,2 …5% Si,

0,5…0,8% Mn, 0,3…0,6%Mg; -

aliaje AI-Zn-Cu-Mn cu 6,5…8,5% Zn, 0,3…0,80f0 Cu, 0,3 0,5% Mn, fiind

folosit pentru turnarea de precizie a diferitelor organe de maşini;

•

Alte sisteme - aliaje AI-Cr-Zr sau AI-Cr-Fe cu 6...13%Cr, 0,.1…1,5% Zr sau Fe şi unul din

elementele de aliere magneziu, wolfram, molibden, vanadiu, mangan; - aliaje pe baza sistemelor AI-Sb-Mg, AI-Sn-Cu-Ni, AI-Sn-Si cu-Ni, AI-Pb-Cu, AlPb, folosite în calitate de materiale antifrictiune. Aliaje deformabile Sunt aliajele situate înainte de limita de saturaţie, având structura monofazica (a) sau bifazica (b), se caracterizează prin plasticitate mare la cald, Aliajele deformabile pot fi încadrate în doua subgrupe: aliaje deformabile care nu se durifica prin tratament termic şi aliaje deformabile care se durifica prin tratament termic.

• Aliaje deformabile care nu se durifica prin tratament termic: -

aluminiul comercial (obtinut în urma procesului de electroliza sau după o

operatie de rafinare) cu diferite grade de puritate; -

aliaje Al-Mg care contine 1...5% Mg, cu adaosuri de crom, mangan, titan, litiu,

beriliu, bor individual sau împreuna, dar în cantităţi care să nu depăşească 0,25…1%;

-9-

aliaje AI-Mn care conţin 1…4% Mn, cu menţinerea în limite bine precizate a

conţinutului de fier şi siliciu şi cu adaosul unor elemente de finisare a granulaţiei, în special titan şi bor; -

aliaje AI-Mn-Mg cu 1…3% Mn, 1…4% Mg cu adaosuri de titan, bor, litiu,

beriliu, crom; -

aliaje AI-Ni-Fe cu 0,5…2,5% Ni, 0,5... 2,5% Fe cu adaosuri de zirconiu;

aliaje AI-Sn-Ni-Cu cu 4...20% Sn, 0,5...1,5% Ni, 0,5...2,5%Cu, cu sau fără

adaosuri de plumb, magneziu, siliciu; -

aliaje AI-Zn şi Al-Zn- Lantanide cu până la 1% Zn şi 0,2% Lantanide.

• Aliaje deformabile care se durifică prin tratament termic: -

aliaje Al-Cu-Mg, cu 1,5... 6% Cu, 0,2... 1,8%Mg, 0,8...1,2% Mn, cu adaosuri de

nichel, fier, siliciu, titan, crom, vanadiu, molibden, indiu, beriliu, litiu, cadmiu şi argint; -

aliaje AI-Mg-Si cu 0,4…1,68/0 Si, 0,4...1,2% Mg, fiind prezente mici adaosuri

de cupru, mangan, crom; -

aliaje Al-Cr-Zr sau Al-Cr-Fe cu 6...14% Cr, 0,5...1,5% Zr (Fe) şi unul din

elementele magneziu, wolfram, molibden, vanadiu sau mangan 0,1…1%; -

aliaje Al-Be-Mg cu 10…30% Be, 0,5…10% Mg, cu adaosuri de titan şi

zirconiu; -

aliaje Al-Zn-Mg cu 3...9% Zn, 0,5…4% Mg, având ca elemente de aliere

mangan, bor, beriliu, zireoniu, vanadiu, titan, lantanide; . -

aliaje Al-Zn-Mg-Cu cu 3,5…9,5% Zn, 0,5…4% Mg, 0,5...3% Cu şi numeroase

alte elemente de aliere de tipul crom, cobalt, zirconiu, mangan, beriliu, titan, ytriu, argint, lantanide, niobiu, tantal etc.; -

aliaje Al-Mg cu 6. . . 8% Mg, eu adaosuri de crom şi unul din elementele galiu,

cadmiu, bismut, bor, toriu, hafniu, lantanide, litiu, germaniu, cobalt, zinc, mangan, cupru, titan etc. Manganul îmbunătăţeşte rezistenta mecanica şi la coroziune, micşorează temperatura de recristalizare şi conduce la o structura fină la piesele ecruisate şi recoapte. Aceste aliaje sunt utilizate pentru piese ambutisante (elemente de caroserie). Aliajele cu conţinut de element de aliere mai mic decât solubilitatea maxima a cuprului în aluminiu au cea mai mare plasticitate şi cea mai mica rezistenta la temperaturi înalte (se prelucrează bine prin deformare plastica la cald). Prezenta în structura a eutecticului înrăutăţeşte mult plasticitatea, la o anumita cantitate de eutectic prelucrarea devine imposibila. Cea mai bună plasticitate o au metalele pure şi aliajul eutectic. Depăşirea solubilităţii maxime la temperaturi înalte duce la creşterea fluidităţii. - 10 -

2. Specificaţiile aliajelor de aluminiu În specificările aluminiului un sistem de patru cifre este folosit pentru desemnarea aliajelor de aluminiu turnate şi forjate. Aceste două clase de aliaje de aluminiu pot fi divizate în familii de aliaje bazate pe compoziţia chimică şi denumirea stării. Aluminiu pur este aliat cu multe alte metale pentru a produce o gamă largă de proprietăţi fizice şi mecanice. Elemente de aliere sunt utilizate ca baza de clasificare a aliajelor de aluminiu în două categorii: ne tratate termic şi tratate termic. Cele mai multe din specificaţiile aluminiului desemnează aliajele de aluminiu în felul următor: •

Prima cifră – principalul constituent(ţi) de aliere,

•

A doua cifră – variaţii ale aliajului iniţial,

•

A treia şi a patra cifră – variante individuale ale aliajului (numărul nu

are nici o importanţă, dar este unic). Specificaţii aluminiului forjat. Grupul de aliaj forjat este indicat ca: 1XXX-pur Al (99.00% sau mai mare); 2xxx-Al-Cu aliaje; 3xxx-Al-Mn aliaje; 4xxx-Al-Si aliaje; 5xxx-Al-Mg aliaje; 6xxx-Al-Mg-Si aliaje. Specificaţii aluminiu turnat. Sistemul de denumire şi specificaţiile pentru aliajele de aluminiu turnat sunt similare în unele privinţe cu cele ale aliajelor forjate. Sistemul de denumire a aliajelor turnate are, de asemenea, patru cifre şi prima cifră specifică constituentul de aliere cel mai prezent. Cu toate acestea, un punct zecimal este folosit între a treia şi a patra cifră pentru a face clar că acestea sunt denumirile utilizate pentru a identifica aliaje în forma de piese turnate (0) sau în forma de lingou de turnătorie (1,2). O literă înainte de desemnarea numerică indică o modificare a aliajului original sau o limită de impuritate. Aceste litere seriale sunt atribuite în ordine alfabetică începând cu A, dar fără I, O, Q şi X, X fiind rezervat pentru aliajele experimentale. Grupul de aliaj forjat este indicat după cum urmează: 1xx.x- Al Pur (99.00% sau mai mare), 2xx.x aliaje Al-Cu; 3XX.x Al-Si + Cu și/sau Mg; 4xx.x Al-Si; 5xx.x Al-Mg; 7xx.x-Al-Zn; 8xx.x-Al-Sn; 9XX.x-Al + alte elemente şi 6xx.x seria neutilizată. Aliaj de Aluminiu-denumirea sistemului de stare. Starea este foarte importantă pentru specificaţiile de aluminiu datorită influenţei sale esenţiale asupra proprietăţilor materialului. Sistemul de denumire a stării se bazează pe secvenţe de tratamente termice sau mecanice, sau ambele, utilizate pentru a produce diverse stări. Denumirea stării este întotdeauna prezentată imediat după desemnarea aliajului cu o cratimă între denumire şi - 11 -

stare (e.g.2014-T6, 3003-H14, 1350-H19 (foarte tare) etc.). Primul caracter din denumirea stării este o majusculă care indică clasa generală de tratament cum ar fi: F-fabricat; Orecopt; H-ecruisat; W-tratamentul termic de punere în soluţie şi T-termic tratate pentru a produce o stare mai stabilă decât F, O, sau H. De reţinut că denumirile stării diferă între aliaje non termic tratate și termic tratate şi semnificaţiile lor sunt prezentate mai jos. Aliaje de aluminiu non termic tratate. Litera "H" este întotdeauna urmată de 2 sau 3 cifre. Prima cifră indică metoda specială folosită pentru a obţine starea, după cum urmează: H1-înseamnă doar ecruisat, H2-înseamnă ecruisat, apoi parţial recopt şi H3înseamnă ecruisat, apoi stabilizat. Starea este indicată prin a doua cifră după cum urmează: 2-1/4 dur; 4-1/2 dur; 6-3/4 dur; 8- dur plin şi 9-extra dur ceea ce înseamnă că cifrele adăugate indică modificarea standard. Aliaje non termic tratabile sunt în principal găsite în seriile de aliaje 1xxx, 3xxx, 4xxx, şi 5xxx în funcţie de elementele lor majore de aliere. Aliaje de aluminiu termic tratabile (de ex. F, O sau T): Litera "T" este întotdeauna urmată de una sau mai multe cifre. Aceste cifre indică metoda utilizată pentru a produce stări stabile, după cum urmează: T3-Stare obţinută prin punere în soluţie și apoi prelucrată la rece, T4-punere în soluţie și îmbătrânire naturala, T5-doar îmbătrânire artificială, T6-punere în soluţie şi îmbătrânire artificiala etc. Aliajele termic tratabile se găsesc în seriile de aliaje 2xxx, 6xxx şi 7xxx.

- 12 -

III.

CARACTRISITCILE FIZICO-MECANICE ALE ALIAJELOR DE ALUMNIU Aluminiul face parte din grupa III-a a sistemului periodic al elementelor, are un

singur izotop stabil

Al şi cinci izotopi radioactivi (24Al,25Al,26Al,28Al) cu perioadele de

înjumătăţire cuprinse între 2,10 s şi 94 s. Aluminiul se caracterizează prin plasticitate foarte mare, rezistenţǎ mecanica micǎ, conductibilitate electricǎ şi termicǎ ridicatǎ şi rezistenţǎ mare la coroziune în aer, apǎ şi acizi organici. Aluminiul fierbe la temperatura de 2056ºC, se topeşte la 660,240ºC. Rezistivitatea aluminiului foarte pur (99,999%) în stare recoapta este de 2,63 la 20ºC; ea scade in prezenta elementelor însoţitoare care distorsionează reţeaua cristalina şi frânează deplasarea electronilor. Cele mai importante proprietăţi tehnologice ale aluminiului sunt: -

temperatura de topire: 658,7°C;

temperatura de turnare: 710....730ºC;

temperatura de fierbere: 2056°C;

temperatura de prelucrare la cald: 350....450ºC;

temperatura de recoacere: 370....400ºC;

temperatura de revenire: 150ºC;

temperatura începutului de recristalizare: 150ºC;

limita de curgere: 12 kgf/mm2;

contracţia la turnare: 1,7%;

deformarea admisibilă: 75....95%;

duritate Brinell: 30-35;

rezistenta la tracţiune: 15 kgf/mm2;

Principalele proprietăţi ale aluminiului care influenţează defavorabil sudabilitatea sunt: -

conductibilitatea termicǎ ridicatǎ; deci şi temperatura de topire a aluminiului

este redusǎ (6500C) totuşi, datoritǎ conductibilităţii de căldură şi preîncălzirea întregii piese la temperaturii ridicate; -

coeficientul mare de dilatare al aluminiului care determinǎ producerea de

tensiuni permanente şi deformaţii mari; -

la încălzire, aluminiul nu-şi schimbǎ culoarea din care cauzǎ la sudare nu se

poate aprecia vizual gradul de încălzire; dificultatea se măreşte, deoarece aluminiul se topeşte în mod brusc; - 13 -

fragilitatea aluminiului la temperaturi înalte; deformarea şi fisurarea pereţilor se

preîntâmpina prin fixarea piesei pe suporturi cât mai exact; -

în stare lichidǎ, aluminiul absoarbe cu aviditate oxigenul, ceea reduce

rezistenţa îmbinării; -

oxidul de aluminiu având punctul de topire ridicat (20500C) formează o

pojghiţǎ solidǎ care împiedica sudarea; îndepărtarea oxidului se poate realiza pe cale chimica prin utilizarea unor fluxuri care formează cu oxidul o zgurǎ uşor fuzibila şi care protejează metalul topit. În sistemul periodic al elementelor aluminiul se găseşte sub Bor, datorită acestui fapt proprietăţile sale mecanice sunt mai net exprimate iar în ce priveşte activitatea chimică, aluminiul este mai puţin activ decât borul. Este caracteristică proprietatea aluminiului de a forma oxizi amfoteri în timp ce borul formează numai oxizi acizi. Aluminiul, având afinitate mare fata de oxigen în aer, chiar la temperatura obişnuită, se acoperă cu uşurinţă cu un strat de oxid, care protejează metalul de o oxidare ulterioara. Procesul de oxidare a aluminiului se intensifică cu creşterea temperaturii şi depinde de natura şi concentraţia elementelor însoţitoare. Aluminiul reduce majoritatea oxizilor metalici, se combina energic cu halogenii iar la temperatura înalta se combina cu sulful, azotul, carbonul, fosforul. În intervalul de temperatura 0...100ºC, apa nu ataca aluminiul, are loc numai la creşterea grosimii stratului de oxid. Deasupra stratului natural de alumină anhidră se formează un strat de Al2O3 H2O cristalizat. Aluminiul protejat de stratul de alumină este puţin atacat de acidul azotic, dar se dizolvă cu uşurinţă în acid clorhidric la fel şi în baze. Acidul clorhidric este dizolvantul normal al aluminiului. Aluminiul impurificat cu fier, cupru sau siliciu are rezistenta la coroziune mai mica în soluţii de acid clorhidric. Acţiunea acidului sulfuric, fiind direct proporţională cu concentraţiile soluţiilor şi cu creşterea gradului de impurificare al aluminiului. Aluminiul este foarte puţin corodat în soluţii de acid azotic diluate. Procesul se intensifica odată cu creşterea concentraţiei atingând valoarea maxima pentru o soluţie de 310 g/l HNO3, ca în cazul acidului fumans. Aluminiul şi aliajele sale au o pondere din ce în ce mai mare în categoria materialelor multifuncţionale, datorita următoarelor considerente: -

raport mare dintre rezistenta mecanica la rupere şi densitate (Rm/.);

rezistenta ridicata la coroziune;

conductivitate termica şi electrica remarcabile.

- 14 -

Utilizarea pe scara larga a materialelor multifuncţionale pe baza de aluminiu este legata de îmbunătăţirea performantelor acestor aliaje prin microadaosuri de elemente ca Sr, B şi Ti, înainte de turnare, care asigură realizarea unor deziderate importante ca: -

îmbunătăţirea sensibilă a microstructurii prin distribuţia uniforma a fazelor,

micşorarea şi uniformizarea dimensiunii medii a grăunţilor şi a fazei de siliciu din eutectic, obţinându-se astfel materiale compacte şi izotrope; -

creşterea sensibila a proprietăţilor mecanice ale aliajelor solidificate şi tratate

îmbunătăţirea rezistentei la coroziune a aliajelor;

creşterea gradului de finisare a suprafeţelor pieselor destinate domeniilor

termic;

specificate mai sus; -

ameliorarea condiţiilor de tratamente termice şi superficiale a aliajelor;

îmbunătăţirea condiţiilor de deformare plastica în vederea reducerii tensiunilor

interne şi prevenirii apariţiei micro- şi macrofisurilor în produsele finite; -

ameliorarea prelucrabilităţii prin aşchiere şi a sudabilităţii aliajelor.

- 15 -

IV.

APLICAŢII ÎN INDUSTRIA AUTOMOBILELOR 1. Elemente de caroserie În urma cu mai bine de zece ani, modelele Audi A8 şi Audi A2 au curmat tendinta

din ce în ce mai accentuata de crestere a greutatii automobilului, datorita caroseriilor din aluminiu. Din acel moment, Audi a dezvoltat continuu aceasta tehnologie revolutionara de diminuare a greutatii. Astazi, tehnologia ASF (Audi Space Frame) este utilizata pe patru modele Audi: TT, TT Roadster, R8 şi A8.

- 16 -

Un alt producător de automobile Jaguar folosesc pentru modelul Jaguar XE aluminiu pentru mai mult de 75% din caroserie. Mai mult decât atât, Jaguar foloseşte un aliaj special de aluminiu, numit RC 5754, dezvoltat special pentru XE şi făcut cu un procent mare de metale reciclate. Noul material (include Cupru, Titaniu, Zinc, Crom, Fier, Siliciu, Magneziu şi Mangan, pe lângă aluminiu) asigură acestora o rigiditate torsională ridicată a caroseriei şi o masă totală mai redusă decât a unui model echivalent cu aceleaşi dimensiuni.

- 17 -

Tot la acest model Jaguar

a utilizat aluminiul şi pentru alte elemente ale

automobilului cum ar fi suspensiile. 2. Blocul motor şi alte elemente ale motorului (chiulasele, pistoanele, cilindrii) Primul autovehicul echipat cu bloc motor din aluminiu a fost Lancia Aurelia, lansat în 1950. Numărul aplicaţiilor a crescut exponenţial de atunci, datorită avantajelor lor faţă de blocurile din fontă: -

Masa redusă - 1/3 din masa unui bloc similar din fontă

Transfer de căldură mai bun

Rezistenţă la coroziune

Prelucrabilitate mai bună

De atunci, numeroşi producători de automobile au folosit această tehnologie, dintre care cei mai importanţi sunt: BMW (750i, X5), Citroën (C3, C5), Jaguar XK, Mercedes (A Klasse), Peugeot (306, 206), Porsche (Boxster, Cayenne, 928), Volvo (S80, V80), VW (Golf IV & V, Passat, Phaeton, Touareg) etc.

Bloc motor

Piston

Chiulasă - 18 -

3. Jantele Jantele din aliaj de aluminiu au unele calităţi în plus faţă de cele din oţel: -

oferă o mai mare rezistenţă la şocuri datorita indicelui scazut de deformare şi

ovalizare -

aderenta între anvelopa şi janta este îmbunătăţita, scăzând astfel riscul de

pierdere a aerului sau dejantarii în caz de impact-accident -

o janta din aliaj de aluminiu este mai rezistenta la variaţiile de temperatură

înalte şi bruşte, de exemplu, în timpul frânarilor repetate sau la viteze foarte mari. Aceasta permite o mai bună disipare a căldurii, cauzate de discuri şi etrieri, permiţând astfel şi o reducere a distanţei de frânare şi în acelaşi timp o prelungire a duratei de viaţă a plăcutelor de frână. -

frânarea este mai precisa, flexibila şi puternica.

Exista mai multe modalităţi de turnare a jantelor, printre care enumerăm : -

turnarea gravitaţională

turnarea la joasa presiune ( specifica producţiei de prim montaj ) însoţită de

tratament termic În cazul jantelor performante (ultrauşoare) ulterior turnării la joasă presiune se foloseşte procedeul tehnologic intitulat flow-forming sau rim rolling process. Ca produs de top în cadrul jantelor performante îl reprezintă jantele obţinute prin procedeul de forjare a aluminiului.

4. Alte elemente: -

băi ulei - 19 -

carcase pentru partea electronică a automobilelor

ornamente

elemente de suspensie

radiatoarele,

carcasele

cutiilor

viteze,

ambreiajelor,

alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de frânare şi direcţie;

- 20 -

diferenţialelor,

punţilor

şi

BIBLIOGRAFIE

1. CHIRU, A, BENEA, B, Tehnologii noi pentru fabricarea autovehiculelor, 2. http://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=AluSpecifications&LN=RO 3. http://www.autonet-group.ro/tehnologii-rectifit/ 4. http://ae-plus.com/features/jaguar-xe-chassis/page:2

- 21 -