Visa Tehnicka Skola Zrenjanin

Nastavni predmet : masinski materijali

Termohemijska obrada - Alitiranje - seminarski rad -

Pregledao: Student:___________ ___________

47/2005-22

Zrenjanin 11.12.2006

1

Sadrzaj:

Uvod:1 ─ Istorijat Al2 ─ Fizicke osobine Al3 ─ Hemijske osobine Al4 ─ Proizvodnja Al5 ─ Primena Al

6 ─ Termohemijske obrade7 ─ Termohemijska obrada Alitiranje8 ─ Osobina Al i legura nakon alitiranja9 ─ Primena materijala termohemijski obradjenih Al

10 ─ Literatura

2

1) ISTORIJA Al :

Englez Humphry Davy pokušavao je oko 1807, ali bez uspeha, da iz «zemlje» koju su nazivali aluminina izdvoji metalni element čije je prisustvo u njoj predpostavljao i koji je prema njoj nazvao aluminium. Tek je 1825 uspeo Danac Hanc Ch. Orsted izdvojiti malo tog nepoznatog metala iz njegovog hlorida pomoću kalij-mangama. Njemac Friedrich Wöhler nastavio je 1827 Orstedove eksperimente, ali tek 1845 uspeo je izdvojiti male kuglice rastezljivog metala. Francuz Henri Sainte-Clarie Deville izdvojio je električnom strujom 1845 iz dvojnog hlorida aluminija i natrijuma , aluminijum u većim količinama, a slične uspjehe imao je istovremeno i Njemac Robert Bunsen. Deville se zainteresovao za novi metal Napoleona III, koji je istraživanje financijski pomogao. Na svijetskoj izložbi 1855 «srebro iz gline» predstavljeno je široj publici.

Kad je 1866 Warner Simens pronašao dinamo stroj, omogućena je upotreba struje proizvoljnog napona i jačine i time ubrzan postupak elektrometalurških postupaka. Godina 1886 smatra se za početak moderne aluminijske industrije. Tada su Francuz Paul T. i Amerikanac Charles M., nezavisno jedan od drugog, objavili postupak dobivanja aluminija elektrolitičkim putem.U narednim godinama proizvodnja aluminija brzo je rasla. Sagrađene su fabrike u Švajcarskoj, Nemačkoj i Vel. Britaniji. Aluminijski lim za krovove, suđe, delovi automobila...

Mala čvrstoća aluminija ograničavala je njegovu upotrebu. Uskoro su pronašli da se može postići mnogo veća čvrstoća dodavanjem drugih metala. Godine 1906., Alfred Wilim pronašao je leguru duralumin, koja može dostići čvrstoću čelika.U narednim decenijama, postupci dobijanja, a naročito prerađivanja dopunjavali su se sve više, tako da je proizvodnja aluminija porasla od 7,3 kt u 1900 na 580 kt 1938, dok je godine 1960 proizvodnja aluminija premašila 4,5 Mt.

Godina Proizvodnja (u kT) Potrošnja (u kT)1949 1257 12101950 1507 15841951 1808 18101952 2032 19581954 2820 25431956 3343 32231958 3544 31911959 4087 40251960 4541 41431961 4577 4485

Svijetska proizvodnja i potrošnja aluminija od 1949 do 1961

3

2) FIZIČKE OSOBINE ALUMINIJUMA

Aluminijum ima kristalnu strukturnu površinski centriranu kocku. Odstojanje u mreži je 4,413 ∙ 10 cm, tvrdoća po Mohsovoj skali 2,9. Glavne primese su željezo i sicilij; one dolaze iz aluminij-oksida, anoda i elektrolita. Te primese nisu uvek štetne, jer čine aluminij čvršćim. Elektrolitski rafinirani aluminij koji sadrži 99,998% Al, a najmanje 99,990%, naziva se i rafinal.

Fizičke osobine zavisne su donekle od stepena čistoće materijala i načina obrade. Specifična čistoća najčišćeg aluminija iznosi 2,698 g/cm³ (na 20°), a presovanog ili vučenog tehničkog aluminija 20,70 ∙∙∙ 2,71 g/cm³. Liveni metal ima specifičnu masu 2,64, a tekući na 700°C, 2,37 g/cm³. Pri očvršćivanju se volumen smanji za 6,6%.

Tačka topljenja najčišćeg aluminija je 660,2°C, a tehničkog približno 658°C. Tačka vrenja aluminija je 2270°C.

Toplotna provodljivost na 0°C je 0,5, na 100°C 0,51, a na 200°C 0,52 cal/cm sek °C (Toplotna provodljivost aluminija je tri puta veća nego toplotna provodljivost željeza, ali iznosi polovinu provodljivosti bakra).

Linearni koeficijent toplotnog rastezanja je za interval od 20 pa do 100°C 24, između 20° i 300°C 25,8, a između 20° i 500°C 27,9 ∙ 10 /°C

Električna provodljivost meko žarenog aluminija (rafinala) je 37,82 ∙∙∙ 37,87, tvrdog 37,6 m/Ω mm².

Čvrstoća na kidanje mekog aluminija (99,5%) je 7 ∙∙∙ 9, a tvrdog 13 ∙∙∙ 18 kp/mm³.

Čelik AluminijDebljina lima (nm) Težina (kg/m²) Debljina lima (nm) Težina (kg/m²)

0,81,01,52,02,53,0

6,247,80

11,7015,6019,6023,40

1,21,52,22,93,64,3

3,254,075,967,869,76

11,60

Uspotreba aluminijskog i čeličnog lima uz iste lokalne čvrstoće (ušteda 50%)

4

3) HEMIJSKE OSOBINE ALUMINIJUMA

Iako je aluminijum neplemeniti metal, vrlo je otporan prema atmosferi i hemijskim sredstvima. Uzrok postojanosti je sloj oksida koji se odmah stvara na svežoj površini čvrstog aluminija i štiti ga od uticaja atmosfere. Iako je debljina tog sloja minimalna, on hermetički pokriva metal i štiti ga od oksidacije. I pri topljenju aluminija stvara se na površini korica koja ga štiti od jake oksidacije. Zaštitni oksidacijski sloj stvara se i na legurama aluminija.

Hlor i ostali halogeni elementi reaguju direktno s aluminijumom, stvara se hlorid AlCl3 i mnogo toplote. Prisutnost vazduha ubrzava reakciju. Uvođenjem hlora u tekući aluminijum stvara se hlorid, koji isparava. Sličan utjecaj kao i hlor ima plin HCl, naročito uz prisutnost vlage i na povišenoj temperaturi.

Ugljen-monoksid i ugljo-monoksid reaguju s aluminijomom tek na visokim temperaturama; stvaraju aluminij-oksid i aluminij-karbid Al4C3.

Rastvorljivost aluminija je velika u natrijumskoj ili kalijumskoj lužini. Vrlo postojani su aluminij i neke njegove legure prema mnogim organskim kiselinama i drugim spojevima, zbog čega se upotrebljavaju u prehrambenoj industriji za ambalažu.

5

4) PROIZVODNJA ALUMINIJA

Kako zbog fizičko-hemijskih razloga nije moguća direktna redukcija u boksitusadržanog aluminijum-oksida u aluminijum dovoljne čistoće, danas se tehničko dobijanje komercijalnog aluminijuma izvodi u dve faze:

a) odvajanje dovoljno čistog aluminijum-oksida (glinice) iz prirodnih sirovina podesnim postupcima, pri čemu se danas primjenjuje Bayerov postupak.

b) elektroliza tako dobivenog aluminijum-oksida u rastopljenom kriolitu po postupku Heroulta i Halla.

Za proizvodnju aluminija po spomenutim postupcima potrebne su sirovine pomoćni materijali i energija. Kao sirovina za proizvodnju čiste glinice se može upotrijebiti svaka stijena koja sadrži aluminij-oksid , ali budući da u svijetu ima lako pristupačne rude bogate aluminijum-oksidom, boksita, ekonomičnost i rentabilnost prerade u sadašnjim odnosima svode izbor sirovina za dobivanje glinice gotovo isključivo na tu rudu, sa strogim ograničenjem u sastavu, naročito u pogledu odnosa Al2O3 i SiO2. Pomoćni materijali su za proizvodnju glinice uglavnom kaustična soda (odnosno kalcinirana soda i kreč), a za elektrolizu ugljene elektrode (odnosno od kojih se proizvode: ugljenični materijali iIi smola). Osim toga su za obije faze proizvodnje potrebne znatne količine vode, tehnološke i za hlađenje. Energija se troši kao toplotna, u obliku pregrejane pare dobijene sagorevanjem jeftinog goriva i u obliku generatorskog plina ili mazuta, i električna energija za pogon strojeva u prvoj fazi proizvodnje, a za elektrolizu u drugoj.

Boksit je stena ili smesa minerala nastala u prirodi vremenskim trošenjem primarnih eruptivnih ili sedimentnih stijena kao granita, bazalta, glineastih vapnenaca itd.. Te stijene sadržavale su prosječno 15 % Al2O3 u obliku alumosilikata; izvrgnute dugotrajnom procesu vremenskog trošenja gubile su postepeno manje postojane sastojke kao okside silicija, magnezija, natrija i kalija, ostavljajući ostatak bogatiji na oksidima aluminija, željeza i titana od primarnih stena, tj. Sa sadržajem od 35∙∙∙50% i više Al2O3. Taj se ostatak sedimentirao ili neposredno ispod površine zemlje, ili u većim ili manim dubinama, gdje je bio i izoložen različitim uslovima pritiska i temperature. To je imalo uticaja na njegovogu mineralnu strukturu..Zbog tog se bitno razlikuju po sastavu i strukturi.

6

5) Primena Al

Građevinarstvo. Od aluminija i lakih legura prave se: kompletne noseće konstrukcije, kao npr. mostovi, tornjevi, tankovi Ii montaže; elementi za fasade zgrada, krovovi, prozori i vrata; razni arhitektonski ukrasni elementi; elementi unutrašnje arhitekture, namještaj; obloge od aluminijske folije za zvučnu i toplinsku izolaciju. Elementi koji su izvrgnuti opasnosti korozije ( npr. u industrijskoj atmosferi ) I gdje se poleže na estetski izgled često se anodno oksidiraju.

Transportna sredstva. Upotreba aluminijskih legura na ovom području omogućava znatnu uštedu na težini, što se očituje povećanjem korisnog tereta. Aluminijske legure upotrebljavaju se za gradnju željezničkih putničkih i teretnih vagona, gradskih vozila na sinama. U gradnji putnih vozila prave se od lakih metala: karoserije, trolejbusi, autobusi, teretnih automobila i putničkih automobila.

Brodogradnja se koristi aluminijskim legurama (uglavnom tipa Al-Mg) za brodska nadgrađa (čime se postiže povećanje stabiliteta ili povećanje nadgrađa). Manji objekti grade se potpuno od aluminijskih legura, naročito čamci za spašavanje, jahte na jedra. U novije vrijeme izgrađeno je nekoliko tankera za tekuće gorivo i ulje potpuno od lakih legura.

Elektrotehnika upotrebljava aluminijum i njegove legure kao aktivni materijal koji sprovodi struju I kao pasivni za konstrukcije. Najviše služi za užad za dalekovode, I to ili kao uže u celosti od aluminijskih žica ili kao uže od aluminijum-čelika. Služi I za sprovodne kablove , antene, reflektore za radarsku i UKV – tehniku.

Hemijska i prehrambena industrija upotrebljava pregrejače, izmenjivače toplote, hladnjace, kotlove, posude, ambalažu od lakih metala.

Metalurgija željeza i čelika upotrebljava aluminij kao sredstvo za dezoksidaciju, za poboljšanje otpornosti protiv korozije na viskokim temperaturama, za magnetske legure.

7

Aluminijum i njegove legure primjenjuju se na dalji niz područja, kao što su npr. tekstilna industrija, rudarstvo, poljoprivreda, ribarstvo, vojna oprema i dr.

6) Termohemijske obrade:

8

6) Termohemijske obrade: Difuzija metalnih elemenata deli se na:- Alitiranje (Al)- Difuzijsko hromiranje (Cr)- Siliciranje (Si)- Legiranje laserskim snopom- Legiranje snopom elektrona

Termohemijske obrade:

Difuzija nemetalnih elemenata:

Difuzija metalnih elemenata:

Difuzija metalnih I nemetalnih elemenata:

-oksidiranje -nitriranje -nitrokarburiranje -postupak QPQ -oksinitrokarburiranje -sulfonitriranje -sulfokarbonitriranje -cementriranje -karbonitriranje -boriranje

Alitiranje (Al)Difuzijsko hromiranje (Cr)Siliciranje (Si)Legiranje laserskim snopomLegiranje snopom elektrona

-vanadiranje (V,C) -niobiranje (N,C) -titaniranje (Ti,C)

9

Difuzija nemetalnih elemenata: -oksidiranje -nitriranje -nitrokarburiranje -postupak QPQ -oksinitrokarburiranje -sulfonitriranje -sulfokarbonitriranje -cementriranje -karbonitriranje -boriranjeDifuzija metalnih I nemetalnih elemenata: -vanadiranje (V,C) -niobiranje (N,C)

10

-titaniranje (Ti,C)

Termohemijske obrade:

Difuzija nemetalnih elemenata:

Difuzija metalnih elemenata:

Difuzija metalnih I nemetalnih elemenata:

-oksidiranje -nitriranje -nitrokarburiranje -postupak QPQ -oksinitrokarburiranje -sulfonitriranje -sulfokarbonitriranje -cementriranje -karbonitriranje -boriranje

Alitiranje (Al)Difuzijsko hromiranje (Cr)Siliciranje (Si)Legiranje laserskim snopomLegiranje snopom elektrona

-vanadiranje (V,C) -niobiranje (N,C) -titaniranje (Ti,C)

11