Cupru și Aliaje de Cupru

Studiul privind comportarea bronzurilor cu aluminiu

Aliajele Cu – Al constituie grupa cea mai valoroasa a bronzurilor speciale care pot inlocui multe materiale metalice si pot atinge valori ale proprietatilor mecanice comparabile cu ale aliajelor pe baza de tita, wolfram, molibden, nichel, cobalt si ale otelurilor speciale.

In ce priveste rezistenta la coroziune, bronzurile cu aluminiu sint considerate printre cele mai bune aliaje pe baza de cupru, fiind in multe cazuri superioare otelurilor inoxidabile si aliajelor Cu-Ni, preferate din consideratii economice.

Aceste aliaje rezista bine in atmosfere de hidrogen sulfurat, bioxid de sulf, in solutii de cloruri si clorati, in acizi minerali si organici, in apa dulce si apa de mare etc. Ca urmare a formarii peliculei de Al2O3 care se comporta excelent la actiunea substantelor reducatoare, dar rezista mai putin in prezenta oxidantilor puternici.

Numeroasele aplicatii in tehnica a acestor mater,iale metalice necesita cunoasterea tot mai aprofundata a caracteristicilor fizico-mecanice, si a transformarilor de faza care se produc in timpul tratamentului termic.

Conform diagramei de echilibru a sistemului Cu - Al, prezentata in figura 1 intre aceste doua metale pot sa se formeze mai multe solutii solide si compusi intermetalici, cele mai importante faze fiind α, β, γ.

Fig.1. Diagrama de ehilibru a sistemului Cu – Al

Bronzurile cu aluminiu contin pina la 20 % Al. Cele care au pina la 7,4 % Al prezinta o structura asemanatoare cu bronzurile cu staniu si nu sufera transformari de faza in stare solida, neputand fi calite.

La un continut mai mare de aluminiu, in aliajul racit puternic apar fazele α si β; cu cat este mai mare proportia de faza β, cu atat este mai ridicata duritatea si

mai scazuta plasticitatea.

Cu cresterea continutului de aluminiu se imbunatatesc proprietatile de turnare, caracteristicile mecanice si proprietatile antifrictiune. Influenta aluminiului asupra caracteristicilor mecanice poate fi constatata din urmatorul exemplu: adaugarea la cupru a aluminiului in proportie de 6 – 10 % produce o crestere a rezistentei la rupere la tractiune cu 5 daN/mm2 pentru fiecare procent.

La turnare, contractia mare la solidificare si absorbtia gazelor contribuie la formarea in piese a unor microretasuri si incluziuni de oxizi care se aglomereaza la limita grauntilor, favorizind fisurarea sau micsorind valorile proprietatilor mecanice.

In plus, aceste material metalice prezinta dificultati la sudare si au o rezistenta la coroziune insuficienta in abur supraincalzit.

Adosuri de aliere

Multe din neajunsurile enumerate mai sus pot fi anihilate sau reduse prin alierea bronzurilor binare cu diferite elemente cum sint: fier, nichel, mangan, cobalt, beriliu, zirconiu, titan, bor, staniu, zinc, siliciu, plumb, vanadiu, niobiu, tantal, carbon, crom etc., unele dintre acestea in limitele: aluminiu, fier si nichel sub 20%, mangan pina la 15%, beriliu, crom, zirconiu sub 3%, cobalt si zinc sub 10 %.

Fierul finiseaza structura, mareste rezistenta si duritatea, dar micsoreaza fluiditatea aliajului. Astfel, fiecare procent de fier in bronzurile cu aluminiu determina cresterea rezistentei mecanice a acestora cu 2,8 daN/mm2. Modificarea structurii aliajelor Cu-Al sub actiunea fieruli se datoreste formarii in topitura a particulelor compusului intermetalic FeAl3, care constituie centrii de cristalizare pentru solutia solida α.

In afara de aceasta, fierul impiedica recristalizarea fazica a bronzului cu aluminiu, iar la o racire lenta frineazaformarea eutectoidului (α + γ2). Structura acestor aliaje se stabileste pe baza diagramei de echilibru a sistemului Cu-AI-Fe si a izotermelor sale prezentate in figurile 2 si 3.