Hliníkové zliatiny pre tvárnenie (vytvrditeľné)

Vysoká pevnosť hliníkových zliatin súvisí s ich vytvrditeľnosťou: ide o sled krokov tepelného spracovania, vyvolávajúci precipitáciu jemne rozptýlených intermetalických zlúčenín, ktoré zabraňujú pohybu dislokácií a spôsobujú tým zvýšenie pevnosti. Táto môže dosiahnuť až 700 MPa, takže pomer pevnosť/hmotnosť týchto zliatin prevyšuje dokonca najpevnejšie ocele. Tento záznam popisuje série hliníkových zliatin pre tvárnenie, ktorých vytvrdzovanie vyžaduje homogenizáciu s následným  kalením a starnutím. Séria 2000: Al s 2 - 6 % Cu - najstaršia a najviac používaná séria v letectve. Séria 6000: Al s až 1,2 % Mg a 1,3 % Si - stredná pevnosť, pretláčané výlisky a výkovky. Séria 7000: Al s až 8 % Zn a 3 % Mg - „Herkules“ medzi hliníkovými zliatinami, používaná na vysokopevné letecké konštrukcie, výkovky a plechy. Niektoré špeciálne zliatiny obsahujú aj striebro.

Zloženie

séria 2000:  Al + 2 až 6 % Cu + Fe, Mn, Zn a niekedy Zr
séria 6000:  Al + až 1,2 % Mg + 0,25 % Zn + Si, Fe a Mn
séria 7000:  Al + 4 až 9 % Zn + 1 až 3 % Mg + Si, Fe, Cu a príležitostne Zr a Ag

Série 2000 a 7000 vytvrditeľných hliníkových zliatin sú základným materiálom pre letecký priemysel. Séria 6000 má nižšiu pevnosť, ale ľahšie sa pretláča. Vyrábajú sa z nej konštrukcie lodí a pozemných dopravných  prostriedkov. 

Vlastnosti

 
 
Vytvrditeľné zliatiny majú výnimočnú pevnosť pri nízkej hmotnosti, ale dôvod pevnosti - vytvrdzovanie - vyvoláva určité konštrukčné obmedzenia. Vytvrdzovanie zahŕňa tri stupne tepelného spracovania. Stupeň 1: zliatina pre tvárnenie vo forme plechu, pretláčaného profilu alebo výkovku sa homogenizuje - udržuje sa počas asi 2 hodín pri 550 °C (závisí to od typu zliatiny), aby sa legujúce prvky (Cu, Zn, Mg, Si, atď.) rozpustili. Stupeň 2: materiál sa kalí z teploty homogenizácie, obvykle ponorením alebo striekaním studenou vodou. Týmto sa prvky zablokujú v rozpustenom stave. Kalenie je zaťažujúci typ spracovania, ktoré môže spôsobiť deformáciu a vyvolať vnútorné napätia, potenciálne vyžadujúce opravy, obvykle valcovaním. Stupeň 3: materiál sa vytvrdzuje, to znamená ohrieva na 120 až  190 °C asi 8 hodín, počas ktorých legujúce prvky kondenzujú do nano-disperzie intermetalickej zlúčeniny (CuAl, CuAl2, Mg2Si a pod.). Práve táto disperzia zabezpečuje pevnosť. Výsledkom je materiál, ktorý má vzhľadom na svoju hmotnosť výnimočne vysokú pevnosť a odolnosť voči korózii. Ak sa však zahreje nad teplotu homogenizácie - napríklad pri zváraní - pevnosť sa stráca. Preto je výhodnejšie tieto zliatiny spájať mechanicky, napr. nitovaním (tento spôsob sa zvyčajne používa pri konštrukcii leteckých rámov) alebo sa súčiastky spájajú lepením. Niektoré zliatiny série 6000 možno zvárať, avšak tieto majú skôr strednú ako vysokú pevnosť.

Príklady použitia

• série 2000 a 7000: letecké konštrukcie; ultraľahké pozemné dopravné systémy; športové náradie, napr. golfové palice a bicykle,
• séria 6000: obklady a strešné krytiny; stredne pevné pretláčané, kované a zvárané konštrukcie pre automobilový a strojársky priemysel.

Najbežnejšie komerčne používané hliníkové zliatiny pre tvárnenie

Použitá literatúra
• CES EduPack 2006, Granta Design Ltd., Cambridge, UK.