Slévárenství je netřísková technologie, jejímž produktem je výrobek nazývaný jako odlitek. Odlitky se vyrábí naléváním roztaveného kovu nebo slitiny kovů (taveniny) do slévárenské formy, jejíž dutina má tvar budoucího odlitku. Jedná se často o tvarově složité díly, které mají však horší mechanické vlastnosti než díly tvářené. I přesto se slévárenská technologie používá velmi často, neboť zabezpečuje výrobu tvarově složitých dílů, jež i odléváním získávají potřebné mechanické vlastnosti. Tyto vlastnosti úzce souvisí s jejich krystalickou strukturou. Charakter této struktury lze ovlivnit způsobem odlévání, typem slévárenské formy, resp. její akumulační schopností, rychlostí odlévání, teplotou kovové slévárenské formy, atd. Jak ukazuje slévárenská praxe, výroba odlitků pro automobilový průmysl (písty a hlavy spalovacích motorů) vyžaduje volbu nejen vhodného slévárenského materiálu, ale také odpovídající slévárenské technologie. Pro výrobu hlav a pístů spalovacích motorů, které jsou při své funkci tepelně namáhané (u hlav motorů často proudí chladící médium), je nejvhodnější technologie gravitačního lití do kovových forem, jež zabezpečuje výrobu kompaktních a hutných odlitků bez vzniku vnitřních vad (porózity) s vyhovující krystalickou strukturou.
Pro tyto účely jsou nejvýhodnějšími slévárenskými slitinami slitiny hliníku. Je u nich využíváno jejich nízké hustoty a poměrně vyhovujících technologických vlastností pro odlévání. Tyto slévárenské slitiny hliníku se dělí na siluminy (slitiny typu Al-Si), hydronália (slitiny typu Al-Mg) a duraluminy (slitiny typu Al-Cu). Nejpoužívanějšími slévárenskými slitinami jsou siluminy, především slitina AlSi12, která vykazuje výborné slévárenské vlastnosti, k nimž také patří nízká teplota tavení (577 °C bez modifikačního účinku, 560 °C s modifikačním účinkem), což je proti teplotě tání čistého hliníku (660 °C) značný rozdíl. Jak z výše uvedeného vyplývá, gravitační lití slitiny AlSi12 do kovových forem je jednou z důležitých technologií výroby odlitků. V souvislosti s těmito poznatky byla také řešena tato bakalářská práce, která je na téma: „Sledování krystalizace slévárenských slitin.“
_____________________________________________________________________________
10
2. TEROTICKÁ ČÁST PRÁCE
2.1 Krystalizace kovů
Většina kovů se vyrábí tak, že v určitém stádiu výroby prochází kov kapalným stavem. Také druhotné zpracování kovů slévárenskou technologií předpokládá ohřev kovů do oblasti taveniny. Konečné vlastnosti slévárenských kovů závisí na řadě faktorů, z nichž důležitou pozici zaujímá krystalizace, tj. přeměna kapalné fáze ve fázi tuhou [1].
Mechanismus krystalizace je charakterizován vznikem stabilních zárodků a jejich následným růstem. Základní podmínkou pro uskutečnění tohoto mechanismu je dostatečně velké podchlazení taveniny. Při krystalizaci se tavenina mění v krystalickou fázi s geometricky pravidelným uspořádáním atomů do krystalické mřížky [1,2].
Ve [2] bylo řečeno: „Příčinou tohoto děje je snaha taveniny kovu dosáhnout při změně vnějších podmínek (v tomto případě změny teploty) stabilního stavu - tj. minimální hodnotu změny Gibbsovy energie ΔG, která daný děj charakterizuje.“ Aby byla Gibbsova energie záporná nebo její hodnota klesala (ΔG = G(s) – G(l) < 0), což je podmínka pro uskutečnění krystalizace, je nutné podchlazení taveniny (ΔT), viz obr. 2.1. V případě, že tavenina dosáhne při ochlazování pouze teploty krystalizace (TKR), nemůže dojít ke krystalizaci, protože není splněna podmínka záporné hodnoty Gibbsovy energie. To znamená, že krystalizace začíná při teplotě nižší, než je teplota krystalizace (TKR) [2].
Obr. 2.1 Závislost Gibbsovy energie tuhé (s) a kapalné (l) fáze na teplotě [2]
_____________________________________________________________________________
11
2.1.1 Průběh krystalizace
Krystalizace kovů (slitiny kovů) je difúznífázová přeměna, jejíž průběh má dvě fáze.
V první fázi se tvoří zárodky a v druhé dochází k jejich následnému růstu. Krystalizace čistého kovu je nejjednodušší fázová přeměna, při níž se nemění chemické složení.
U krystalizace slitiny kovů rozlišujeme dva typy tvorby zárodků. Prvním typem je homogenní nukleace, kdy se vytváří nová krystalická fáze bez pomoci cizích zárodků v tavenině. Druhým typem je heterogenní nukleace, kdy se nová krystalická fáze vytváří na cizích částicích (zárodcích). Na obr. 2.2 je schéma tvorby krystalizačních zárodků [2].
Obr. 2.2 Schéma tvorby krystalizačních zárodků [3]
Jak je z obr. 2.2 patrné, zárodky tuhé fáze jsou tvořeny shluky atomů, které mají vzájemnou polohu odpovídající jejich budoucímu krystalickému uspořádání [3].
Homogenní (samovolná) nukleace
Je proces při krystalizaci, kde se na vzniku krystalizačního zárodku nepodílí cizí částice (očkovadlo, modifikátor, částice strusky, úlomky pecní vyzdívky). V případě místního podchlazení taveniny, které vznikne místním kolísáním teploty, může dojít ke vzniku a následnému růstu krystalizačního zárodku. Ke vzniku krystalizačního zárodku je potřeba práce, jež je úměrná změně Gibbsovy energie ΔGz [2].
∆𝐺𝑍 = 𝑉𝑍 ∙ ∆𝐺𝑉+ 𝑆𝑍∙ 𝜎𝑧−𝑡 , (1a)
kde značí: ΔGz - změnu Gibbsovy energie [J], ΔGv - změnu Gibbsovy energie pro objem zárodku [J·m-3], Vz - objem zárodku [m3], Sz - povrch zárodku [m2], σz-t - povrchové napětí mezi zárodkem a taveninou [N.m-1].
_____________________________________________________________________________
12
Změnu Gibbsovy energie pro objem zárodku lze vypočítat dle rovnice:
∆𝐺𝑉 = ∆𝐻𝑡á∙∆𝑇
𝑇𝑡á , (1b) kde značí: Ttá - teplotu tání [K], ΔT - teplotu podchlazení [K], Htá - změnu entalpie tání [J·m-3].
Pro krystalizaci je rovněž důležitá kritická velikost zárodku rKRIT. Pokud bude zárodek menší než rKRIT, je možné, že termodynamické poměry v tavenině ho rozpustí. Obr. 2.3 zobrazuje závislost kritické velikosti zárodku na změně Gibbsovy energie. Na obr. 2.3 jsou znázorněny tři křivky. Křivka 1 určuje Gibbsovu energii, která je nutná k vytvoření povrchu zárodku a křivka 2 Gibbsovu energii, jež je potřebná ke vzniku objemu zárodku.
Poslední křivka stanovuje celkovou energii, která je nezbytná k vytvoření kritické velikosti krystalizačního zárodku rKRIT [2].
Obr. 2.3 Závislost kritické velikosti zárodku na změně Gibbsovy energie [2]
Na obr. 2.3 je vidět, že rKRIT odpovídá extrému na křivce udávající celkovou Gibbsovu energii, což znamená, že první derivace v tomto bodě je rovna nule. Pokud bude mít krystalizační zárodek tvar koule, tak lze psát SZ = 4r2 a VZ = 4/3r3, kde r značí poloměr zárodku. Po dosazení těchto vztahů a rovnice (1b) do rovnice (1a) a její následné derivaci (dΔGZ/dr), kterou položíme rovnu nule, lze stanovit kritickou velikost zárodku
_____________________________________________________________________________
13
pro homogenní nukleaci rKRIT dle rovnice (2). Kritická velikost zárodku pro heterogenní nukleaci je ovlivněna úhlem smáčení cizí částice taveninou α, viz rovnice (3) [2].
𝑟𝐾𝑅𝐼𝑇 =2∙𝜎𝑧−𝑡∙𝑇𝑡á vyplývá, že odlitek litý do kovové formy bude mít jemnější strukturu, protože dochází k rychlému ochlazování taveniny, a tím pádem krystaly nevyrostou tak velké. Důvodem, proč chceme co nejnižší rKRIT, je, že odlitek s jemnější strukturou má vyšší mechanické vlastnosti než se strukturou hrubozrnnou. Hodnota podchlazení je u homogenní nukleace cca 0,2·TKR. Homogenní nukleace se v praxi téměř nevyskytuje [2].
V praxi lze splnit co nejmenší hodnotu rKRIT:
1. velkým podchlazením (T), tj. volit formu s velkou hodnotou tepelné akumulace bF; 2. očkováním taveniny;
3. mechanicky ovlivňovat krystalizaci (zvýšeným tlakem, vibracemi formy) [2].
Heterogenní nukleace
Heterogenní nukleace na rozdíl od homogenní nepředpokládá ideálně čistou taveninu.
Počítá s tím, že se do taveniny během její přípravy dostávají jak cizí částice (zbytky strusky, úlomky pecní vyzdívky, oxidy, křemičitany), tak i ty úmyslně přidané (modifikátory a očkovadla). Díky těmto částicím stačí při heterogenní nukleaci nižší podchlazení (0,02·TKR). Na obr. 2.4 je schéma růstu krystalizačního zárodku na cizí částici. Kritickou velikost zárodku lze vypočítat z rovnice (3) [2].
_____________________________________________________________________________
14
Obr. 2.4 Schéma růstu krystalizačního zárodku na cizí částici [2]
Požadavky na částici, aby mohla plnit funkci krystalizačního zárodku, jsou dle [2]:
a) teplota tavení částice musí být větší než teplota tavení odlévaného kovu;
b) musí mít příbuznou krystalickou mřížku;
c) částice musí být co nejvíce smáčivá;
d) částice a tavenina musí mít stejnou nebo velmi podobnou hustotu.
2.1.2 Krystalizace čistého kovu
Jestliže má ochlazovaný kov v celém průřezu stejnou teplotu, dochází k růstu krystalu z každého zárodku s kritickou velikostí. Takto rostoucí krystal uvolňuje latentní teplo, dochází ke zvýšení teploty v jeho okolí, a tím pádem se další krystaly musí vytvářet dále od ostatních, díky čemuž dochází k pravidelnému rozmístění krystalů. V reálných podmínkách jsou nejlepší podmínky pro vznik zárodků při stěnách formy, protože do nich může být odváděno vznikající latentní teplo, a proto krystalizace postupuje od stěn formy do jejího středu [2,4].
Pokud nalijeme čistý kov o teplotě lití (Tlití) do formy, nedochází okamžitě v čase to ke vzniku teplotního gradientu (rozdíl teplot taveniny a slévárenské formy). Teplotní gradient vzniká až později v čase t1, kdy se teplo z taveniny odvádí do stěn formy.
Zárodky začínají růst od stěn formy až ve chvíli, kdy teplota taveniny u nich klesne pod teplotu tání Ttá (TKR). Nejrychleji rostou zárodky, které jsou orientovány ve směru odvodu tepla z formy. V čase t2 postupuje krystalizace do středu odlitku a teplotní gradient se již téměř nemění. Na obr. 2.5 je tento průběh krystalizace naznačen včetně průběhu teplotního gradientu. [2,4].
_____________________________________________________________________________
15
Obr. 2.5a) Průběh tuhnutí čistého kovu a eutektické slitiny [2]
Obr. 2.5b) Průběh tuhnutí slitin typu tuhého roztoku [2]
2.1.3 Krystalizace slitin v reálných podmínkách
Při rovnovážných podmínkách (ochlazování taveniny velmi malou rychlostí) lze počítat s platností rovnovážného diagramu. Pomocí rovnovážného diagramu, viz obr. 2.6, je možno popsat krystalizaci slitiny s chemický složením C0. Krystalizace začíná při teplotě likvidu (T1), a jak lze vidět v rovnovážném diagramu, tak první krystaly mají složení CS a tavenina C0. Dále mezi teplotami likvidu (T1) a solidu (T2) se chemické složení taveniny mění podle křivky likvidu a krystalů podle křivky solidu. Krystalizace končí při teplotě solidu (T2). Při této teplotě mají krystaly složení C0 a tavenina CL. Z výše uvedeného vyplývá, že v případě platnosti rovnovážného diagramu se složení krystalů
_____________________________________________________________________________
16
mění od CS do C0 a taveniny od C0 do CL. Na začátku krystalizace obsahují krystaly převážné množství složky A a jen minimum složky B. Ke konci krystalizace je to přesně naopak (malé množství složky A, převážné množství složky B). To znamená, že chemické složení krystalů je nehomogenní. Poměrné zastoupení jednotlivých složek jak v krystalech, tak v tavenině zjistíme pomocí rozdělovacího koeficientu K - pro krystaly (solidus) KS a pro taveninu (likvidus) KL, viz rovnice (4a) a (4b) [2,4].
𝐾𝑆 = 𝐶𝑆
𝐶𝑂< 1, (4a) 𝐾𝐿 = 𝐶0
𝐶𝐿 < 1, (4b) kde značí: KS - rozdělovací koeficient solidu [1], KL - rozdělovací koeficient likvidu [1], CS - chemické složení solidu [%], CL - chemické složení likvidu [%], C0 - určité chemické složení [%].
Obr. 2.6 Rovnovážný diagram[2]
Obr. 2.7 znázorňuje rozdíl mezi tuhnutím čistého kovu a slitiny. Na rozdíl od čistého kovu, kdy je fronta tuhnutí rovnoměrná, je u slitiny tato fronta ovlivněna konstitučním přechlazením (místním podchlazením). V důsledku toho má rozhraní tuhé fáze a taveniny dendritickou povahu. Konstituční přechlazení způsobuje přísadový prvek, díky kterému nastává rozdíl mezi skutečnou teplotou kovu a teplotou, jež odpovídá místnímu chemickému složení [3,13].
_____________________________________________________________________________
17
Obr. 2.7a) Tuhnutí čistého kovu [3]
Obr. 2.7b) Tuhnutí slitiny kovů [3]
2.1.4 Tvary krystalů a podmínky jejich růstu
Směr a rychlost odvodu tepla z taveniny ovlivňuje primární krystalizaci, čímž se rozumí růst krystalů přímo z taveniny. Obecně se krystal vznikající z taveniny nazývá dendrit (rozvětvený krystal). V případě vysoké rychlosti odvodu tepla z taveniny je vzdálenost mezi osami dendritu malá a rozvětvení os dendritu jemnější, viz obr. 2.8b).
Přesně naopak je tomu při nízké rychlosti odvodu tepla z taveniny, viz obr. 2.8d) [2].
a) prostorová struktura dendritu
b) růst dendritu při intenzivním odvodu tepla c) růst dendritu při méně intenzivním odvodu tepla d) růst dendritu při málo intenzivním odvodu tepla
Obr. 2.8 Schéma dendritu při různých podmínkách odvodu tepla [2]
_____________________________________________________________________________
18
Na růst krystalu, jenž vyčnívá od povrchu odlitku kolmo do taveniny, má také vliv hustota uspořádání atomů v tavenině. Rychlost růstu krystalu se pak v některých jeho plochách liší. Plochy, které rostou pomaleji, zůstanou zachovány. Rychleji rostoucí plochy vytvářejí hrot, který směřuje do taveniny, viz obr. 2.9. Takto rostoucí krystal nevytváří vhodné podmínky pro růst dalších krystalů v jeho okolí, protože uvolňuje latentní teplo. Na začátku růstu si lze takto rostoucí krystal představit jako půlkulovitý výstupek, viz obr. 2.10 [4].
Obr. 2.9 Rozdílná rychlost růstu jednotlivých ploch krystalu [5]
Obr. 2.10 Teoretický rozbor počátku růstu dendritu [5]
_____________________________________________________________________________
19 Druhy primárních krystalů:
Globulity (kulovité krystaly) - nejsou běžně vyskytující se strukturou, jelikož požadovaných podmínek pro jejich vznik nelze snadno dosáhnout. První podmínkou je, aby povrchové napětí mezi zárodkem a taveninou bylo vysoké. Druhá podmínka vyžaduje rovnoměrný odvod uvolňovaného latentního tepla. Tento typ krystalů se vyskytuje jen výjimečně a to například při krystalizaci grafitu u tvárné litiny [2].
Kuluminární (sloupkovité) dendrity - jsou častěji vyskytující se strukturou při krystalizaci odlitků. Podmínkou jejich vzniku je, aby docházelo k velmi intenzivnímu odvodu tepla jedním směrem, vzniká tzv. transkrystalizace, viz obr. 2.11. Vznik sloupkovitých dendritů nevyžaduje vysoké povrchové napětí mezi zárodkem a taveninou. Důležité však je, aby měl odlitek zaoblené hrany, jinak dochází ke vzniku protáhlých krystalů. Jejich růst probíhá ve směru odvodu tepla [2].
a) vliv zaobleného rohu formy na strukturu odlitku b) vliv ostrého rohu formy na strukturu odlitku
Obr. 2.11 Schéma krystalizace odlitku [2]
Rovnoosé dendrity (polyedry) - vznikají při menším povrchovém napětí mezi zárodkem a taveninou a menší intenzitě odvodu tepla z tuhnoucí taveniny. Jejich orientace je náhodná, protože není přesně daný směr odvodu tepla z taveniny [2].
2.1.5 Možnosti ovlivňování krystalizace
Krystalizace je důležitý děj, jímž lze ovlivnit výslednou strukturu odlitku. Jemnější struktury, díky které má odlitek vyšší mechanické vlastnosti, lze dosáhnout pomocí vysokého přechlazení, s nímž souvisí vysoká rychlost ochlazování, resp. intenzita
_____________________________________________________________________________
20
odvodu tepla z taveniny. Intenzitu odvodu tepla z taveniny dále ovlivňuje typ slévárenské formy, resp. hodnota jejího součinitele tepelné akumulace bF (bF = (FFcF)1/2). Další možností jak ovlivnit strukturu odlitku je očkování. Očkováním dosáhneme zvýšení počtu zárodků a tím pádem i jemnější struktury. Vibrace slévárenské formy jsou doposud málo používaným způsobem zjemňování struktury, kdy tlakové vlny zmenšují kritický rozměr zárodků [1].
2.2 Charakteristika hliníku a jeho slitin
Hliník je v zemské kůře jeden z nejrozšířenějších kovů (asi 8 %). Vyskytuje se ve sloučeninách jako bauxit, kryolit, korund, kaolin, ale pro jeho výrobu je nejvíce využívaný bauxit. Výroba hliníku je energeticky a technologicky poměrně náročná. Pro výrobu 1 t hliníku jsou potřeba cca 4 t bauxitu, 20 GJ tepelné energie a 14 MWh elektrické energie. Výrobu také komplikuje jeho vysoká afinita ke kyslíku [13].
Hliník a jeho slitiny se používají ve všemožných odvětvích průmyslu, avšak slévárenské a mechanické vlastnosti čistého hliníku nejsou moc dobré, proto pro technické použití mají větší význam jeho slitiny. Díky svým dobrým slévárenským vlastnostem jsou slévárenské slitiny hliníku vhodné pro všechny druhy lití, a lze je použít i pro odlévání tenkostěnných a tvarově složitých odlitků [6,7].
2.2.1 Čistý hliník
Hliník (chemická značka Al) je kov stříbřitě šedé barvy s teplotou tání 660 °C, který krystalizuje v kubické plošně centrované soustavě, díky čemuž se dobře tváří za tepla i za studena. Mezi jeho nejdůležitější fyzikální vlastnosti patří velmi dobrá tepelná a elektrická vodivost. Jejich hodnota závisí na čistotě hliníku. Hliník s čistotou 99,99 % a teplotě 20 °C má hodnotu tepelné vodivosti 235 W·m-1·K-1 a součinitel elektrické vodivosti 2,6·10-8 Ω·m, což je cca 60 % elektrické vodivosti mědi. Další jeho velmi důležitou fyzikální vlastností je hustota 2699 kg·m-3, která ho řadí do skupiny lehkých kovů (kovy s hustotou cca do 4500 kg·m-3), mezí něž dále patří například hořčík, titan, beryllium [8,13].
Mechanické vlastnosti, v porovnání s těmi fyzikálními, nejsou moc dobré. Čistý hliník má mez pevnosti v tahu cca 100 MPa a tvrdost 20 až 40 HB, proto se používá spíše pro tváření. Tvářením za studena a následným rekrystalizačním žíháním dojde ke zjemnění
_____________________________________________________________________________
21
zrna a ke zlepšení mechanických vlastností. Mechanické vlastnosti rovněž ovlivňuje čistota hliníku. Plastické vlastnosti hliníku lze naopak považovat za velmi dobré (jako u všech kovů s kubickou plošně centrovanou mřížkou) [8,13].
Významnou chemickou vlastností hliníku je jeho afinita ke kyslíku. Hliník tvoří s kyslíkem velmi stabilní oxid hlinitý (Al2O3), který se vytvoří na povrchu součásti při styku se vzduchem a chrání ji před další oxidací [13].
Ze slévárenských vlastností stojí za zmínku slévatelnost, která rovněž není příliš dobrá. Dalšími významnými vlastnostmi hliníku pro slévárenství jsou vysoká měrná tepelná kapacita cca 0,9 kJ·kg·K-1 a vysoké skupenské teplo tání cca 396 kJ·kg-1, jejichž důsledkem je příprava taveniny energeticky náročná. Kvůli těmto vlastnostem se používají spíše slitiny hliníku, u nichž přísadové prvky zlepšují technologické i mechanické vlastnosti [13].
Tab. 2.1 Základní vlastnosti čistého hliníku [7,13]
Mez pevnosti v tahu cca 100 [MPa] množství francouzským chemikem Henry Etienem Saint-Claire Devillem, který vynalezl sice levnější, ale stále nákladný způsob výroby. Současný způsob výroby hliníku
_____________________________________________________________________________
22
elektrolytickou redukcí z bauxitu byl objeven až v roce 1886. Tuto metodu si nechali, nezávisle na sobě, patentovat Francouz Paul Louis-Toussaint Héroult a Američan Charles Martin Hall. Průmyslová výroba byla zahájena v letech 1887-1888. Dnes lze výrobu hliníku rozdělit do dvou (tří) kroků [6,13].
Prvním krokem je výroba oxidu hlinitého (Al2O3), který se nejčastěji redukuje z bauxitu. Oxid hlinitý lze z bauxitu získat několika způsoby, ale tím nejlepším je Bayerova metoda. Ta spočívá v loužení oxidu hlinitého z bauxitu pomocí roztoku hydroxidu sodného, za vzniku hlinitanu sodného (NaAlO2). Ten se následně pomocí hydrolýzy rozkládá a vylučuje se hydroxid hlinitý (Al(OH)3), jenž se kalcinací zbavuje vody a vzniká oxid hlinitý [8].
Druhým krokem je výroba surového hliníku. Ten se vyrábí elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěného při teplotě cca 950 °C v kryolitu (fluorid hlinitosodný; Na3AlF6; snižuje teplotu tání oxidu hlinitého cca na polovinu) [5,8].
Posledním krokem je rafinace surového hliníku, který má čistotu 99,5 %, již je nutno pro speciální aplikace ještě zvýšit. K nejčastějším nečistotám v hliníku patří intermetalické fáze na bázi železa, křemíku, mědi, manganu, vanadu, titanu a zinku, které jsou obsaženy v oxidu hlinitém nebo se do něj dostávají při výrobě. Častý způsob rafinace je pomocí elektrolýzy. Tímto procesem získáváme hliník s čistotou 99,99 %, který lze využít například v elektrotechnice [5,8].
2.2.1.2 Použití čistého hliníku
Čistý hliník, vzhledem k jeho nízkým mechanickým vlastnostem, má omezené použití v technické praxi. Pro technickou praxi jsou výhodnější hliníkové slitiny, které mají lepší slévárenské i mechanické vlastnosti. I přesto se čistý hliník používá ve zdravotnictví, farmacii, strojírenství a dalších průmyslových oborech [7,9].
Zhruba 60 % hliníku se používá k výrobě plechů, ze zbylých cca 40 % se vyrábí tyče, dráty, fólie, atd. Kvůli své tepelné vodivosti a odolnosti proti korozi v kyselém prostředí nachází uplatnění v chemickém a potravinářském průmyslu. Dříve se hliník využíval jako vodič elektrického proudu, ale v dnešní době se pro tento účel využívá spíše měď. Své důležité místo má v elektrotechnice jako materiál pro výrobu elektrických kondenzátorů.
Zajímavou technologií, která pracuje s hliníkem, je alitování (sycení povrchu hliníkem).
Tato technologie chrání povrch součástí z ocelí a slitin zinku proti korozi a okujení [10].
_____________________________________________________________________________
23
2.2.2 Slitiny hliníku
Slitiny hliníku se třídí podle různých kritérií. Nejčastější se setkáváme s dělením podle způsobu zpracování, to znamená na slitiny určené k tváření nebo pro odlitky [10].
Nejjednodušeji je lze rozdělit podle počtu přísadových prvků. Tímto způsobem lze slitiny rozčlenit na: binární (dvousložkové; obsahují pouze základní a hlavní přísadový prvek), ternární (třísložkové; obsahují základní, hlavní a jeden vedlejší přísadový prvek), vícesložkové (obsahují více než dva vedlejší přísadové prvky) [13].
Další dělení slitin je založeno na jejich tepelné zpracovatelnosti. Podle toho je lze rozdělit na vytvrditelné a nevytvrditelné. Tuto schopnost také ovlivňuje chemické složení slitin, tj. jejich poloha v rovnovážném diagramu. Dále je vytvrditelnost podmíněna dostatečným přesycením tuhého roztoku na bázi hliníku přísadovými prvky. Tohoto stavu lze dosáhnout rychlým ochlazením slitiny z oblasti tuhého roztoku α. Pro binární slitiny je tento způsob dělení naznačen na obr. 2.12 [10].
Obr. 2.12 Schéma obecného rovnovážného diagramu binárních slitin hliníku [11]
2.2.2.1 Vliv prvků ve slitinách hliníku
Přísadové prvky a případné nečistoty z výroby ovlivňují výsledné slévárenské, mechanické, korozní vlastnosti slitin. Prvky, které se nejčastěji vyskytují ve slévárenských slitinách hliníku, jsou [6]:
_____________________________________________________________________________
24
Křemík - ve slévárenských slitinách zužuje interval tuhnutí a zlepšuje téměř všechny slévárenské vlastnosti. S rostoucím obsahem křemíku se zvyšuje zabíhavost, korozní odolnost, snižuje se nebezpečí trhlin za tepla. Dále se zlepšují kluzné vlastnosti a odolnost proti otěru. Díky těmto vlastnostem jsou slitiny Al - Si jedny z nejvíce používaných ve slévárenství [13].
Měď - ve slitinách hliníku obecně zlepšuje jejich pevnost, tvrdost a tepelnou vodivost, ale naopak snižuje jejich odolnost proti korozi a zhoršuje slévárenské vlastnosti [6].
Hořčík - zvyšuje pevnost i tvrdost u tepelně zpracovatelných slitin Al - Si a složitějších slitin obsahujících měď, nikl a další prvky. Binárních slitiny Al - Mg se používají v aplikacích, které vyžadují dobrý povrch odlitků a jejich odolnost proti korozi [6].
Mangan - se ve slévárenských slitinách používá ze dvou hlavních důvodů. Hlavním
Mangan - se ve slévárenských slitinách používá ze dvou hlavních důvodů. Hlavním