coroziunea aluminiului
Post on 28-Dec-2015
350 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Capitolul 1
1.Introducere
Alegerea materialelor în industria de automobile se bazează pe mai multe factori.
Acestea fiind spuse in ultimii ani guvernele fiecarei tari au implementat si chiar le-au impus
producatorilor de automobile : reducerea emisiilor automobilelor, dezvoltarea si imbunatatirea
conditiilor de siguranta pt cei ce folosesc automobilele si economisirea carburantului. Pt a
atinge aceste cereri industria de automobile a facut un efort pentru a ridica eficiența motorului
si de a reduce greutatea acestora. In concluzie materialele utilizate in constructia de
automobile au un impact mare asupra mediului inconjurator. Utilizarea materialelor usoare
ar putea fi o solutie de economisire a combustibilului. Reducerea in greutate a fost ca o
consecinta a inlaturarii cantitatii de otel in industria auto si folosirea pe scara larga a
materialelor alternative si in special a aluminiului si a materialelor plastice. Utilizarea
aluminiului in industria auto este de circa 80% in ultimi 5 ani. Dintr-un total de 110 kg de
aluminiu/ automobil in anul 1996 va deveni 250 sau 340 in 2015. In materie de siguranta
aluminiul are un atu foarte important, deoarece prezintă o excelenta capacitate de absorbtie a
energiei in timpul coliziunilor. Printre altele 90% din aluminiul utilizat in automobile este
reciclat fara sa isi piarda proprietatiile si totodata aceste deseuri au si valoare economica.
Coroziunea este una dintre principalele probleme pe care le intampina industria auto si
anumea constructia schimbatoarelor de caldura iar din acest motiv ne-am propus ca in aceasta
lucrarea sa studiem comportamentul aliajelor de aluminiu (ex:AW 3003(AlMn1Cu/H14))la
coroziune. Concret am ales ca si reper un schimbator de caldura realizat din acest tip de aliaj
iar ca si mediu coroziv ( agentul de racire ) apa glycol.
2
1.1.Generalitati despre aluminiu și aliajele sale
Aluminiul este un metal de culoare alba,usor (2,7g/cm3),care se topeste la 6580 C.Este
foarte moale si plastic, conduce foarte bine caldura si electricitatea, are rezistenta mare la
coroziune,datorita fenomenelor de pasivizare,care consta in autoacoperirea cu o pelicula
subtire,densa si aderenta de oxid de aluminiu, care-l protejeaza impotriva oxidarii ulterioare.
Datorita acestei proprietati, precum si plasticitatii sale,se foloseste in industria chimica si
alimentara. Datorita conductibilitatii electrice mari se foloseste drept conductor
electric.Aluminiul are insa rezistenta mecanica mai mica decat a cuprului.Chiar prin
trefilare,el nu ajunge la o rezistenta mai mare de 25 N/mm2;deci rezistenta ramane
insuficienta pentru conditiile de eforturi la care sunt supuse conductoarele aeriene.Din aceasta
cauza se fabrica conductoare de aluminiu cu inima de otel sau conductoare din aliaje cu baza
de aluminiu cutratamente termice pentru marirea rezistentei mecanice.Rezistenta de aluminiu
creste prin alierea cu diferite elemente,realizandu-se deci aliaje cu baza de aluminiu.Aliajele
de aluminiu pot fi:aliaje deformabile prin presare si aliaje de turnatorie.Aliajele de aluminiu
deformabile prin presare se clasifica in:aliaje anticorosive si aliaje durificabile prin tratamente
termice.In aliajele anticorosive ,aluminiul aliat cu mici cantitati de magneziu sau
demangan.Un astfel de aliaj este anticorodalul care se utilizeaza la fabricarea pieselor carora li
se cere rezistenta la coroziune in medii chimice,fara sa li se ceara insa rezistenta mecanica
foarte mare.
Aluminiul si aliajele sale au in general o rezistenta buna la coroziune in atmosfera in
mediul marin, urban si industrial. Este utilizat totodata si de arhitecti pt construirea edificiilor
publice (Piramida de la Louvre) dar si pt constructiile de case.
3
Capitolul 2
Radiatoare
2.1.Prezentarea răcitoarelor din aliaje de aluminiu fabricate la RAAL
De peste 25 de ani, RAAL se ocupă cu proiectarea şi producţia de sisteme de
răcire complete.
„Întreprinderea dezvoltă în cele două locaţii de producţie din România (de la
Bistriţa şi Prundu Bîrgăului) următoarele activităţi:
fabricaţia de schimbătoare de căldură pe 6 linii de brazare utilizând tehnologia
Nocolok;
fabricaţia de schimbătoare de căldură din oţel inoxidabil, în cuptor de brazare
cu vid;
fabricaţia de structuri din oţel care intră în componenţa sistemelor de răcire
RAAL.
activităţi de susţinere ale acestora: proiectare produse, calculare şi simulare,
testare şi validare produse, atelier prototipuri, proiectare şi execuţie SDV-uri,
laboratoare.”
RAAL deţine filiale în Italia, Olanda, Germania şi SUA şi produce sisteme
complete de răcire şi schimbătoare de căldură: radiatoare, răcitoare de ulei, răcitoare de
aer, condensatoare, răcitoare combinate, realizate din aliaje de aluminiu şi oţeluri
inoxidabile, în construcţie brazată, destinate aplicaţiilor din domeniile: agricultură,
construcţii, echipamente industriale şi auto.
Produsele RAAL au aplicaţii în domeniile: off-road, auto, vehicule comerciale,
industrie, construcţii, minerit, agricultură şi forestier.
Avantajele sistemelor de răcire executate de această firmă sunt:
a) Sistemele de răcire sunt de înaltă performanță pentru că pot fi concepute
utilizând schimbătoare de căldură în variante constructive: plăci și bare,
tuburi sudate, shell, în funcție de specificul aplicatiei;
b) De asemenea, RAAL a dezvoltat sisteme care au în componența lor
schimbătoare de căldură cu circulația fluidelor în contracurent, în varianta
4
constructivă cu plăci, eventual cu circuite auxiliare, caz în care sunt
posibilități multiple de configurare a sistemelor;
c) Reducerea costurilor de asamblare la client;
d) Responsabilitatea completă pentru întregul sistem de răcire.
e) Dezvoltarea produselor se face într-un timp foarte scurt, prin utilizarea soft-
urilor de simulare și testare imediată în facilitățile proprii.”[13]
Figura1. Răcitoare şi radiatore fabricate de RAAL
Toate produsele sunt fabricate în conformitate cu standarde înalte de calitate şi
sunt verificate în facilităţile proprii de cercetare şi testare.
Componenţa sistemelor de răcire
Radiatoare de apa
Racitoare de ulei (pentru motor , hidraulic si transmisii)
Racitoare de aer
Racitoare de combustibil
Condensatoare
Structuri metalice, inclusiv hote si grilaje de protecţie
Ventilatoare, motoare hidraulice, motoare electrice, supape şi alte componente
Avantajele sistemelor de racire executate de RAAL
Sistemele de răcire sunt de înaltă performanţă pentru ca pot fi concepute utilizînd
schimbatoare de căldura în variante constructive: placi si bare, tuburi sudate, shell,
functie de specificul aplicaţiei.
5
Reducerea costurilor de asamblare la client
Responsabilitatea completa pentru întregul sistem de răcire
Dezvoltarea produselor se face într-un timp foarte scurt prin utilizarea softurilor de
simulare si testarea imediata in facillităţile proprii.
2.2.Răcitoare de ulei
„Răcitoarele de ulei sunt unele dintre cele mai uzuale schimbătoare de căldură.
În funcţie de scopul şi domeniul pe care îl deservesc, soluţia constructivă sau
agentul de răcire, gama răcitoarelor de ulei este una foarte diversă.”
La RAAL se realizează răcitoare de ulei de diverse tipuri: în construcţie “plăci
şi bare” (ulei-aer), “shell”(ulei-aer), cu circulaţie în cotracurent, tip “in-tank” (ulei-apă),
construcţie cu tuburi sudate.
2.2.1. Clasificarea răcitoarelor de ulei
După domeniul de aplicaţie:
auto – răcitoare de ulei hidraulic, de transmisie sau răcire combustibil;
aplicaţii industriale – instalaţii hidraulice, transformatoare, instalaţii aer
comprimat.
6
După destinaţie:
răcitoare de ulei de transformator;
răcitoare de ulei hidraulice;
răcitoare de ulei de motor;
răcitoare de combustibil, etc.
Aceste tipuri de răcitoare diferă foarte mult atât prin tipul uleiului cât şi prin
domeniul de temperaturi şi presiuni în care funcţionează deci diferă mult ca soluţie
constructivă.
După soluţia constructivă:
răcitoare tip plăci şi bare;
răcitoare tip tuburi şi aripioare;
răcitoare tip shell;
răcitoare cu tuburi extrudate;
răcitoare cu plăci (casete).
După tipul agentului termic secundar (de răcire):
răcitoare de ulei răcite cu aer;
răcitoare de ulei răcite cu apă (întâlnite în general în domeniul auto).
Condiţiile de testare a răcitoarelor sunt în general specificate de către client şi
sunt în raport cu condiţiile de funcţionare.
Se pot efectua diverse teste:
teste de presiune statică (de ex. 14 bar presiune statică);
teste de presiune pulsatorie (de ex. 1000000 cicluri la 0-16 bar);
teste de presiune de spargere (de ex. 40 bar);
teste de vibraţii;
teste de ciclu termic;
teste de curăţenie, etc.
Aceste tipuri de teste sunt comune şi altor tipuri de răcitoare (radiatoare,
răcitoare de aer de supraalimentare, răcitoare de aer comprimat, condensatoare, etc.)
7
Răcitoarele de ulei tip “shell” reprezintă o soluţie bună în ceea ce priveşte
obţinerea unor performanţe termice ridicate şi reducerea căderilor de presiune utilizând
o construcţie compactă, robustă şi foarte uşoară.
Răcitoarele de ulei au la bază semicasete shell, realizate prin ștanțare
ambutisare și calibrare, aceste celule având o gamă largă de tipo-dimensiuni.
Construcţia permite poziţionarea racorzilor deasupra sau dedesubtul răcitorului
sau lateral, sub orice unghi. Astfel se câștigă mai mult spaţiu în ansamblul în care se va
monta răcitorul.
Figura2.2.1 Variantea constructiva pentru răcitoare de ulei cu semicasete (shell)
Trei exemple de răcitoare “shell” se află anexate (Anexele 1-10). Exemplele
conțin desene de ansamblu și desen de execuție pentru semicasetă.
Sfera lor de aplicaţie cuprinde motoare, sisteme de transmisie ,
transformatoare, răcitoare de combustibil, sisteme hidraulice. .Soluţia permite
optimizarea performanţelor termice şi fluido-dinamice prin utilizarea de aripioare de aer
şi / sau turbulatori diferiţi.
De obicei răcitoarele tip shell sunt realizate în întregime din aluminiu, prin
brazare în ansamblu, obţinând un produs complet fără alte operaţii suplimentare.
Intrarea uleiului se face prin unul din racorzi, acesta traversând apoi prin canale
de-a lungul răcitorului până în capătul opus, ieşirea lui făcându-se prin cel de-al doilea
8
racord.Aerul de răcire trece prin turbulatorii de aer, răcind astfel uleiul. Canalele de aer
şi cele de ulei alternează.
Figura2.2.1.1 Răcitor ulei de tip “shell” – componenţă şi funcţionare
2.2.2 Noţiuni constructive
Principala calitate a răcitoarelor RAAL de tip “shell” este construcţia modulară
şi flexibilitatea în alegerea înălţimii şi tipului de aripioară de aer, precum şi a tipului
turbulatorului de ulei:
se pot folosi diferite înălţimi de aripioare : 5 .. 12 mm;
se pot utiliza diferiţi paşi ai aripioarei : 3,5 .. 8 mm;
se pot utiliza diferite tipuri de aripioare : “louvered” sau “wavy”;
tipul conexiunilor se poate modifica în funcţie de aplicaţie: BSP, Metric, JIC;
dispunerea conexiunilor poate fi: laterală, superioară, frontală, înclinată sub
orice unghi;
elementele de fixare se pot modifica în funcţie de necesitatea clientului;
dimensiuni maxime de gabarit : 700 x700 x 95mm.
În general validarea răcitoarelor tip “scoică” se face pe baza testelor de
spargere şi de performanţe.
Se alege un astfel de produs dacă:
se doreşte obţinerea unei construcţii compacte, foarte uşoară, care să asigure o
rezistenţă mărită a racorzilor la solicitări mecanice;
9
sunt necesare un transfer termic mare raportat la masa răcitorului şi presiune de
lucru de până la 30 bar.
De obicei, elementele componente ale unui răcitor de ulei tip “shell” sunt:
a) semicasetă de capăt sau perete lateral;
b) semicasetă;
c) aripioară aer;
d) aripioară ulei;
e) distanţier aer;
f) potcoavă;
g) potcoavă capăt;
h) racord
Figura 2.2.1. Structură răcitor “shell”
2.2.3.Semicasetele
Semicasetele sunt repere prin intermediul cărora se formează canalele de ulei.
Două semicasete lipite formează un canal, asemănător cu o structură gen scoică. În
interiorul canalului de ulei se află turbulatorul de ulei și potcoavele. Astfel,fluidul trece
dintr-o parte în alta prin acest canal.
10
Figura2.2.3.1 Secțiune canal ulei
2.2.3.1 Caracteristicile semicasetelor
Semicasetele se realizează în general din folie de aluminiu cu grosime 0,6mm.
Materialul recomandat pentru realizarea lor este EN AW-3003/2xEN AW-4045.
Semicasetele se lipesc (brazează) una de alta în zona bordurărilor de pe contur,
de aceea trebuie avută grijă la calitatea suprafețelor acestor bordurări (planeitate,
suprafață plană suficientă, fără zgârieturi sau lovituri).
Perforările din semicasetă se realizează cu răsfrângere, astfel încât să asigure
suprafața de brazare cu distanțierul de aer tip țeavă.
2.2.3.2 Clasificarea semicasetelor
În funcție de lățimea semicasetei, răcitoarele “shell” se clasifică în 4 categorii.
În fiecare categorie există o gamă de dimensiuni tipizate în fucție de distanța dintre
racorzi. Pentru aceste game de dimensiuni tipizate există SDV-istică RAAL.
Se pot realiza însă răcitoare și de alte dimensiuni cerute de client dacă se
proiectează și se execută SDV-uri noi, dar acestea implică și costuri suplimentare.
a) Semicasete tip A – lățime 50 mm
Tip A
Lățime semicasetă 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
11
Distanță între racorzi 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350
Lungime totală semicasetă 158 183 208 233 258 283 308 333 358 393
Domeniul de utilizare:
- presiunea de lucru recomandată este de 10 bari;
- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni
putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 17
bari.
Răcitoarele tip A încep cu canal de ulei și se termină tot cu canal de ulei.
Canalele de aer și ulei alternează între ele.
Semicasete tip B,C,D – lățimi 45mm, 65mm, respectiv 95mm
Tip B, C, D B C D
Lățime semicasetă 45 45 45 45 45 45 65 65 65 65 95
Distanță între racorzi 239 289 339 389 439 489 439 489 539 589 659
Lungime totală semicasetă 248 334 384 434 484 534 492 542 592 642 737
Domeniul de utilizare:
- presiunea de lucru recomandată este de 17 bari;
- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni
putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 25
bari.
Răcitoarele tip B, C, D încep cu canal deaer și se termină tot cu canal de aer.
Canalele de aer și ulei alternează între ele.
b) Semicasete tip E – lățime 32 mm
Tabelul 2.2.3.2.3 Semicasete de tip E
Lățime semicasetă 32 32 32 32 32 32 32 32
Distanță între racorzi 200 220 225 250 280 375 403 440
Lungime totală semicasetă 232 252 257 282 307 407 435 472
12
Domeniul de utilizare:
- presiunea de lucru recomandată este de 10 bari;
- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni
putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 17
bari.
Răcitoarele tip A încep cu canal de aer și se termină tot cu canal de aer.
Canalele de aer și ulei alternează între ele.
2.4.Elaborarea tehnologiei de fabricare a radiatorului
2.4.1 Conditii tehnice, materiale si semifabricate
Conditii tehnice la execuţia discului, în legatura cu precizia de prelucrare condiţiile
tehnice se refer la următoarele:
- precizia formei suprafeţelor plane de bazare (planeitatea şi rectilinitatea suprafeţelor în
direcţii determinate);
- precizia poziţiei suprafeţelor plane de bazare (intr-un plan, in plane paralele sau
perpendiculare);
- precizia distanţelor dintre suprafeţele plane paralele între ele;
- precizia diametrelor şi formei alezajelor principale;
- precizia coaxialităţii alezajelor principale dispuse într-un singur perete sau în pereţi
paraleli;
- precizia paralelismului sau perpendicularitatii relative a axelor alezajelor principale,
precum şi între acestea şi suprafeţele plane;
- precizia dimensiunilor şi poziţiei găurilor pentru elemente de asamblare.
Referitor la rugozitatea suprafeţelor, condiţii mai deosebite se impun alezajelor
principale unde rugozitatea are valori mici.
La stabilirea condiţiilor tehnice se va avea în vedere particularităţile constructive si
funcţionale precum şi factorul economic.
13
Materiale. Pentru fabricarea radiatoarelor o mare utilizare o are aluminiul iar la unele
automobile aliajele, deoarece satisface în bună măsură cerinţele functional-constructive cât şi
cele economice.
Semifabricatele. Radiatoarele în majoritatea cazurilor se execută prin turnare, în unele
cazuri prin metode combinate.
Alegerea corecta a semifabricatului presupune din punct de vedere tehnologic, ca pe
baza studiului documentaţiei tehnice din proiectul de execuţie precum şi a datelor primare
puse la dispoziţie, tehnologul să stabilească :
- forma semifabricatului;
- metoda şi procedeul prin care urmează să fie obţinut;
- mărimea şi distribuţia adaosurilor de prelucrare;
- precizia dimensiunilor şi formei.
Se obţin piese semifinite cu precizii înalte de 2040 µm / 100 mm şi suprafeţe cu
rugozităţi Ra=0,86,3 µm; volumul de prelucrari mecanice (doar gauri sub 2 mm sau neteziri)
se reduce, iar proprietăţile de rezistenţă mecanică şi fineţea structurii aliajului se
îmbunătăţesc.
Radiatoarele se mai pot turna şi în forme metalice la presiune normală, acest procedeu
permite obţinerea unor piese cu precizie mai ridicată decat in cazul formării mecanice cu
turnarea în forme de nisip, consumurile materialelor de formare cresc cu 5070 %, adaosurile
de prelucrare se micşorează.
Dupa alegerea variantei optime de obţinere a semifabricatului şi producerea lui in
secţii tehnologice trebuie supus urmatorului ciclu de operaţii :
curăţirea semifabricatului;
îndepărtarea, tăierea, tratamentul termic.
14
2.4.2 Procesul tehnologic de prelucrare mecanica
Prin bazare se întelege orientarea semifabricatului pe maşina-unealta sau in dispozitiv,
adica a suprafeţei de prelucrat în raport cu traiectoria muchiei aşchietoare, ţinând seama de
condiţiile impuse prelucrării.
Etapele principale ale procesului tehnologic
Particularităţile constructive ale discului impun un proces tehnologic complex de prelucrare
mecanica pe maşini-unelte specializate.
La prelucrarea mecanica a radiatorului, se disting urmatoarele etape :
alegerea şi prelucrarea suprafeţelor de baza;
rectificare de finisare a găurilor;
Progresele tehnologice rapide existente în fiecare domeniu au făcut ca radiatoarele de
aluminiu brazate să devină o altermativă viabilă celor clasice din cupru.
Radiatoarele din aluminiu se fabrică prin procedeul:
brazare: in vid sau Nocolok
Acest procedeu a fost descris anterior fiind comun si radiatoarelor din cupru si celor
din aluminiu.
Procedeul prin brazare a unui radiator din aluminiu are o arie foarte mare de
răspandire. Brazarea corpului de răcire format din aripioare si tub se poate realiza în vid
cu flux discontinuu sau cuptoare Nocolk cu flux continuu sau discontinuu. In ambele
cazuri temperatura şi atmosfera sunt controlate cu precizie. La ambele procedee de
fabricaţie se folosesc materiale aluminiu placate cu două straturi pe metalul de baza.
Primul strat înlocui piesele clasice din cupru cu cele din aluminiu, acestea fiind în ciuda
aparenţelor mai robuste fiabile şi cu un schimb termic foarte bun.
Prin brazare Nocolok se fabrică radiatoare de apă , de încălzire, de ulei,
intercoolere, radiatoare combinate apa/ulei sau aer/ulei (combicoolere), condensoare
pentru aer conditionat , calorifere.
15
Radiatoarele din aluminiu doteaza autoturismele (cu radiatoare de apă, încălzire,
aer condiţionat, intercoolere, radiatoare de ulei) autocamioanele, tractoarele, combinele,
locomotivele compresoarele , grupuri staţionare motocicletele si ATV-urile.
Referitor la costuri, radiatoarele brazate din cupru cu tub de 0,085mm şi aripioare
de 0,030mm au 10,03 dolari /kg de radiator iar cele din aluminiu cu tub de 0,32mm si
aripioara de o,10 mm au 11,2 dolari /kg de radiator.
16
Capitolul 3
Coroziunea aluminiului
3.1.Comportamentul aluminiului la coroziune
Aluminiul si aliajele sale este utilizat pe scara larga in industria auto mai ales la
fabricarea schimbatoarelor de caldura deoarece are cateva calitati foarte bune si anume:
plasticitate foarte mare, conductibilitate termica ridicata, rezistenţa mare la coroziune în aer,
apa şi acizi organici. Astfel atat matricea,aripioarele cat si colectorii unui schimbator de
caldura sunt confectionati din aluminiu la care se mai adauga elemente de aliere. Aluminiul,
deşi este un metal foarte reactiv din punct de vedere termodinamic, are o excelenta rezistenţă
la coroziune datorată stratului subţire de oxid de aluminiu puternic legat de suprafaţa sa şi
care acţionează ca o barieră protectoare. Acest strat de oxid este relativ inert şi tinde să reziste
oxidărilor. Totuşi, filmul de oxid de aluminiu poate fi dizolvat în prezenţa anumitor specii
chimice, fapt ce poate duce la aparitia unor puncte de coroziune care ar putea avea drept efect
chiar strapungerea aripioarelor si in consecinta a matricii si chiar a colectorilor (figura 4).
ruptura
Figura.4. Fisuri de coroziune sub tentsiune la aliajele de aluminiu
3.1.1. Rolul elementelor de aliere
In afara de deformabilitatea la rece, care scade, proprietatile de rezistentă ale
aluminiului se îmbunatatesc substantial prin adăugarea unor elemente de aliere în anumite
limite, obtinandu-se astfel o gama variata de aliaje deformabile. In functie de concentratia
elementelor de aliere şi caracteristicile aliajelor de aluminiu , acestea se pot clasifica în:
17
- aliaje cu magneziu care contin 0,45...2,8 % Mg, 0,15...1,6 % Mn şi 0,2...0,6 % Cu
pentru aliajele din grupele Al-Mg şi Al-Mn, aliaje deformabile moi sau plastice cu Rm =
100...300 MPa şi A = 10...20 %;
- aliaje cu cupru care contin 1,8...5,2 % Cu; 0,4...1,8 % Mg; 0,3...1,0 % Mn şi diferite
adausuri de Ni, Fe şi Si, aliaje considerate cu duritate şi plasticitate medie (Rm = 240...480
MPa şi A = 12 %);
- aliaje cu zinc care contin 6...8,6 % Zn; 1,7...4,8 % Cu; 0,4 ... 3,2 % Mg; 0,2...1,0 %
Mn şi mici adausuri de Cr (0,1...0,25 %), aliaje considerate cu duritate ridicată şi plasticitate
scazuta (Rm = 450...700 MPa, A = 5...10 %, acestea fiind proprietati similare cu ale unor
oteluri.
In aliajele de aluminiu elementele de aliere Mg, Si, Cu, Mn şi Zn formeaza solutii
solide cu aluminiul, îmbunatatindu-i substantial tenacitatea. Cand continutul elementelor de
aliere este scazut, solutiile solide obtinute sunt stabile la orice temperatura, iar cresterea
caracteristicilor mecanice este moderata. La procente mai ridicate ale elementelor de aliere,
solutiile solide obtinute sunt metastabile la temperatura ambiantă şi, în consecintă, aliajele pot
fi durificabile structural prin precipitarea din solutia solida a unor compusi care conduce la o
crestere importanta a rezistentei aliajului, dar în detrimentul plasticitătii care scade. Rezulta
deci ca aliajele de aluminiu se pot clasifica şi din acest punct de vedere în aliaje durificabile si
nedurificabile prin tratamente termice (călire+revenire). Din grupa aliajelor nedurificabile
prin tratament termic fac parte aliajele din sistemele Al-Mn; Al-Mg şi Al-Mn-Mg.
Din cele peste douazeci de elemente care se pot găsi în aliajele de aluminiu nici unul
nu se dizolvă complet în solutia solida de aluminiu. Unele dintre elementele de aliere se
dizolva în masura suficient de mare în solutia solida de aluminiu, dar odata cu micsorarea
temperaturii solubilitatea lor scade, ceea ce permite supunerea aliajelor de aluminiu
tratamentelor termice de calire şi imbătranire. In această categorie de elemente de aliere intra
Cu, Mg, Si, Zn, Ag, Ge şi Li, care durifică aluminiul prin formarea unor solutii solide dure.
Aluminiul se aliază uşor şi cu alte elemente ca Br, Cr, Fe, Mn, Ni, Ti şi Zr formand
faze putin solubile sau complet insolubile în matricea de aluminiu. Aceste faze pot mari
rezistenta şi duritatea aliajului la temperaturi ridicate micşorează granulatia dar, în acelaşi
timp, micşoreaza şi plasticitatea.
Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu, ca
urmare a formării compusului CuAl2. Concentratia cuprului în aliajele de tip duraluminiu nu
18
depăşeşte în general 5%. Creşterea continutului de cupru conduce la creşterea rezistetei
mecanice, dar scade continuu plasticitatea şi rezistenta la coroziune a aliajului. Plasticitatea
scade ca urmare a fragilitătii compusului CuAl2 .
Siliciul în aliajele deformabile de aluminiu se introduce într-o proportie de 0,5...1,2 %.
La concentratii mai mari proprietătile mecanice ale aliajelor nu cresc simtitor însă plasticitatea
scade foarte mult .
Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile în aliajele de aluminiu
speciale cu rezistenta mecanică înaltă, prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de
durificare superior celorlalti compuşi. Concentratia zincului în aliajele speciale de aluminiu
deformabile este de 6...8%. Peste aceste valori creşterea concentratiei de zinc nu se
recomandă, ca urmare a scăderii foarte accentuată a plasticitătii şi rezistentei la coroziune a
aliajului.
Manganul se adaugă în aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistentei la
coroziune a acestora. Însă influenta sa dăunătoare asupra plasticitătii limitează concentratia
manganului la maxim 1,2%. Manganul are şi rolul de a înlătura influenta dăunătoare a fierului
în aceste aliaje. De asemenea, manganul măreşte temperatura de recristalizare a aliajelor de
aluminiu şi micşorează sensibilitatea la creştere a grăuntilor.
In ceea ce priveşte oxigenul, acesta se găseşte în aluminiu şi aliajele sale sub formă de
incluziuni nemetalice de Al2O3 care, la o concentratie ridicată formează pelicule
intergranulare, micşorând plasticitatea şi producând şi stratificarea materialului în timpul
procesului de deformare . Densitatea aliajelor de aluminiu este mărită de Cr, Cu, Fe, Mn, Ni,
Ti şi Zn, iar elemente ca Mg, Li şi Si micşorează densitatea aliajelor.
Dilatarea termică în functie de concentratia elementelor de aliere, de asemenea are o
variatie practic liniară. Astfel, elemente de aliere ca Mg şi Zn măresc coeficientul de dilatare,
iar Ni, Fe, Cu, Si, Mn şi Cr micşorează acest coefficient.
3.1.2.Prevenirea coroziunii aluminiului si aliajelor sale
Coroziunea este o reactie chimica, electrochimica sau biochimica sub actiunea
mediului inconjurator prin care o substanta este distrusa, dizolvata sau micsorata partial sau
19
complet. Termenul coroziune este in special folosit pentru a defini actiunea treptata asupra
metalelor a unor agenti naturali, cum ar fi aerul sau apa sarata.
Unele metale, cum ar fi aluminiul, chiar daca sunt foarte active din punct de vedere
chimic, nu prezinta urme de coroziune sub conditii normale de atmosfera. De fapt, aluminiul
se oxideaza repede,si un strat subtire, continuu si transparent de oxid se formeaza pe metal,
protejandu-l de la o extindere rapida a ruginei.
Coroziunea in pitting se dezvolta in toate mediile natural sub forma de cavitati in
adancimea materialului. Conditiile initierii si propagarii pitting-ului sunt bine cunoscute chiar
daca acesta este un fenomen foarte complex si mecanismul nu este complet definit.
Pt aliajele de aluminiu coroziunea in spatii inguste este in esenta o manifestare
particulara a coroziunii in pitting. Aciditatea mediului coroziv prins in cavitati interzice in
acest caz distributia omogena a pittingului iar coroziunea este concentrata intr-un singur
punct de penetrare.Aliajele de cupru sunt relative rezistente la aceasta forma de
coroziune.Partile anodizate asigura adesea o rezistenta destul de mare la coroziune.
Anodizarea permite de asemenea si producerea unui strat de suprafata dur de natura
dielectrica si esthetic colorat.
Deoarece aluminiul nu prezinta probleme de coroziune in conditi normale ne vom
indrepta atentia asupra efectului mediului coroziv deoarece in acest caz aluminiul este expus
procesului de coroziune. “O buna rezistenta la coroziune” presupune faptul ca aluminiul poate
fi folosit in mod durabil fara protectie de suprafata. In functie de agresivitatea conditiilor de
mediu modul de utilizare trebuie sa tinem cont de limita pe care o atinge aluminiul si aliajele
sale pentru a putea preveni degradarea. Exista diferite mijloace de prevenire a coroziunii care
se concentreaza fie pe material fie pe mediul coroziv dupa cum vedem in figura 5.
In cazul schimbatoarelor de caldura pe care vrem sa analizam efectul coroziunii vom
merge in capitolele urmatoare pe utilizarea unui inhibitor de coroziune.
20
Figura 5. Moduri de prevenire anticoroziva a aliajelor de aluminiu
3.2.Concluzii
Utilizarea aluminiului in industria auto este de circa 80% in ultimi 5 ani. Dintr-un total
de 110 kg de aluminiu/ automobil in anul 1996 va deveni 250 sau 340 in 2015. In materie de
siguranta aluminiul are un atu foarte important, deoarece prezintă o excelenta capacitate de
absorbtie a energiei in timpul coliziunilor.
Coroziunea este una dintre principalele probleme pe care le intampina industria auto si
anumea constructia schimbatoarelor de caldura iar din acest motiv ne-am propus ca in aceasta
lucrarea sa studiem comportamentul aliajelor de aluminiu AW 3003(AlMn1Cu/H14) la
coroziune.
Schimbatorul de caldura este un echipament de transfer termic, care transmite căldura
de la un mediu la altul. Pentru realizarea unor schimbatoare de caldura cu performatii termice
Prevenirea coroziunii
Tratament de
Suprafata
Modificarea
mediului
coroziv
Optimizarea unui
al tip de material
Inhibitori
Protectie catodica
21
si fluido-dinamice ridicate, agentii termici trebuie sa aiba conductivitate termica,capacitate
termica masica, si masa specifica cat mai mare in timp ce vascozitatea sa fie cat mai mica.
Apa atat in stare lichida cat si sub forma de abur indeplineste cele mai multe conditii cerute
unui agent termic ideal.
Aluminiul, deşi este un metal foarte reactiv din punct de vedere termodinamic, are o
excelenta rezistenţă la coroziune datorată stratului subţire de oxid de aluminiu puternic legat
de suprafaţa sa şi care acţionează ca o barieră protectoare.
In afara de deformabilitatea la rece, care scade, proprietatile de rezistentă ale
aluminiului se îmbunatatesc substantial prin adăugarea unor elemente de aliere în anumite
limite, obtinandu-se astfel o gama variata de aliaje deformabile.
Diferitele mijloace de prevenire a coroziunii se concentreaza fie pe material fie pe
mediul coroziv.
22
Bibliografie 1. E.VERMESAN, I. MURESAN ,Coroziune si protective anticoroziva,UT Cluj
,1995
2. http://www.mder.gouv.qc.ca/commerce-exterieur/fiches/aluminium-France.html
3. V.BRANZOI,F.BRANZOI, Consideratii generale asupra coroziunii aluminiului si
aliajelor sale in diferite medii –Bucarest 2004.
4. Brosura RALL
top related