Aluminiul in Industria Auto [PDF]

Zitiervorschau

ALUMINIUL IN INDUSTRIA DE AUTOMOBILE I. Introducere Aluminiul este cel mai raspandit metal in scoarta terestra, iar printre elemente ocupa locul al treilea in urma oxigenului si siliciului. Datorita activitatii sale chimice mari, se gaseste in natura numai sub forma de compusi. Impreuna cu oxigenul si siliciul, formeaza 82.58% din scoarta terestra. Aluminiul si aliajele sale reprezinta un domeniu destul de putin utilizat in industria automobilelor. Pe langa realizarea jantelor si a unor piese sau subansambluri din aluminiu, cu noile tehnologii se pot realiza si caroserii din aluminiu. Noile echipamente destinate cresterii confortului si securitatii (airbag, ABS, ranforsarea habitaclului, insonorizarea, noile aparate din domeniul informaticii si comunicatiilor) au adaugat multe kilograme in plus automobilelor moderne. Greutatea suplimentara a impus si cresterea puterii motoarelor, care, implicit, necesita consumuri de carburant marite. Singura optiune viabila pentru micsorarea consumului de carburant, odata cu realizarea unor motoare mai economice, continua sa fie reducerea greutatii automobilului. O reducere cu 10% a masei poate produce, implicit, o scadere a consumului de carburant cu 68%, iar reducerea greutatii se poate realiza, deocamdata, prin folosirea aluminiului si a maselor plastice. Folosirea aluminiului prezinta unele calitati pe langa care specialistii in automobile nu au putut trece nepasatori: densitate mica, rezistenta buna la coroziune si conductibilitatea termica ridicata. Specialistii afirma ca fiecare tona de aluminiu utilizata pe autovehicul scade emisia de noxe cu 20 de tone pe toata durata vietii autovehiculului. Utilizarea aluminiului mai permite si reducerea maselor unor componente, instalatii si sisteme. Prin utilizarea aluminiului la confectionarea structurilor caroseriilor se crede ca se va putea atinge un obiectiv mult dorit de specialistii din lumea intreaga: coborarea consumului de carburant sub 3 litri/100km. Printre avantajele utilizarii aluminiului trebuie sa mai amintim si faptul ca este un metal reciclabil in proportie de 100%, rata de recuperare a aluminiului de pe automobilele casate fiind in prezent de peste 95% in tarile industrializate. Totodata, reutilizarea aluminiului reciclat in fabricatia de automobile permite realizarea unei economii de energie electrica de 90-94%. Mai amintim si faptul ca inlocuirea otelului cu aluminiul inseamna reducerea, in proportie de 90%, a polarii atmosferei cu CO2 in zonele industriale in care se fabrica otelul.

Scurt istoric Trebuie sa amintim ca utilizarea aluminiului a inceput chiar din primii ani ai secolului XX. Incepand cu 1905, dar mai pregnant din 1920, unele piese de motor incep sa fie realizate din aliaje de aluminiu, cum ar fi carburatoarele, carterele, chiuloasele si pistoanele motoarelor. Primul automobil prototip francez, cu caroserie realizata complet din aluminiu, dateaza din anul 1934, iar cel de-al doilea, denumit Gregoire, din anul 1942. O data cu imbunatatirea tehnologiilor de realizare a pieselor din aluminiu turnat si de prelucrare a acestora tot mai multe piese si subansambluri din otel de pe automobil sunt inlocuite cu cele din aluminiu. Mai ales in ultimii ani, ponderea greutatii aluminiului pe automobile a crescut cu circa 6% pe an. Ca exemplu, in 1996, statisticile aratau ca se ajunsese la un consum de aluminiu pe automobil de 114 kg in SUA, de 90 kg in Japonia si de 70 kg in Europa. Acum, un automobil european contine peste 100 kg de aluminiu la o greutate totala medie de 1100 kg. In functie de modelul masinii insa, greutatea aluminiului utilizat variaza foarte mult putand depasi 270 kg pe un automobil Jaguar, 310 kg la un Porche si 384 kg la un Audi A8. In urma cu vreo zece ani a fost lansat la Frankfurt, automobilul Audi A2, primul automobil de serie, care avea caroseria construita integral din aluminiu. Aceasta caroserie a fost conceputa pe baza unei tehnologii noi, aplicata pentru prima oara mai înainte cu cativa ani la Audi A8. Ea consta din confectionarea unor panouri din aluminiu fixate intr-o structura spatiala din cadre extrudate din acelasi metal, care asigura rezistenta necesara. Cu aceste panouri, automobilul Audi A2 prezinta o caroserie cu 40% mai usoara fata de una similara realizata din tabla de otel, dar si mai rezistenta. Utilizarea aluminiului a permis realizarea unei caroserii mai aerodinamice, cu un coeficient de numai 0,28, printre cele mai bune la această clasa. Totodata, Audi A2 are asigurata o garantie de 12 ani pentru caroseria din aluminiu deoarece problema protectiei anticorozive a acestui metal este mult mai simpla. Foarte multe piese auto se realizeaza în prezent din aluminiu turnat. Daca in anul 1996 ponderea medie a aluminiului turnat pe un automobil era de 56 kg, din care carterele reprezentau 35%, motorul 48%, iar transmisia si franele 14%, in anul 2005 se ajunsese la cresterea cantitatii de aluminiu turnat la 95 kg, din care carterele 23%, motorul 36% si franele si transmisia 26%. Cresterea va fi mult mai mare la automobilele ce se vor realiza in viitor cu caroserii in intregime din aluminiu. Avantajele aluminiului Sunt clare multe avantaje ce se obtin prin folosirea aluminiului pe automobil. In mod deosebit sunt ameliorate cerintele consumatorilor cum sunt securitatea, performantele, economia de carburant precum si protejarea mediului ambiant prin:

– Realizarea unei bune securitati active. Distantele de franare se scurteaza datorita reducerii greutatii masinii. Cativa metri castigati la reducerea spatiului de franare pot insemna evitarea unui accident. Totodata accelerarile si decelerarile se fac cu mai multa usurinta la o masina mai usoara care devine astfel mai agila si mai usor de condus. – Cresterea securitatii pasive. In caz de soc profilele de aluminiu absorb prin deformare cantitatile mai mari din energia de impact. – Micsorarea consumului de carburant. Scaderea greutatii masinii cu circa 100 kg determina o economie de carburant de 0,6 litri/100 km, iar specialistii straini afirma ca, la ora actuala, cu tehnologiile existente de realizare a aliajelor din aluminiu, greutatea automobilelor poate fi redusa cu pana la 300 kg. Aceasta realizare ar insemna un consum de carburant redus cu 1,5-2 litri/100 km. Odata cu economia de carburant se reduc si noxele. S-a calculat ca la o scadere a greutatii masinii cu 25% se poate obtine si o reducere cu 12,5% a emisiilor poluante. Pe masura ce proiectantii si cercetatorii vor imbunatati comportarea aliajelor din aluminiu la oboseala, la socuri termice si mecanice si vor realiza noi tehnologii de turnare si de prelucrare a acestor piese, tot mai multi fabricanti vor trece la realizarea carcaselor automobilelor din aluminiu. Viitoarele automobile vor ingloba in ele, de la an la an, tot mai mult aluminiu si tot mai putin fier. II. Principalele familii de aliaje de aluminiu utilizate in industria automobilelor 1. Tipuri de aliaje de aluminiu Aluminiul se aliaza cu diferite elemente (Cu, Si, Mg, mai rar Mn, Ni, Fe, Cr, Zn) pentru marirea rezistentei la rupere, limita de curgere si duritatea. Alierea conduce la scaderea conductibilitatii electrice si a ductilitatii. In practica se admite un compomis intre proprietatile care se exclud, tinand cont de scopul urmarit si se pune in evidenta, in primul rand, proprietatea care intereseaza cel mai mult. In industria de automobile, aliajele de aluminiu se folosesc sub forma de piese turnate, forjate sau matritate, semiproduse obtinute prin deformare, table, profile, bare etc. si au la baza urmatoarele sisteme: - Al-Si hipoeutectice, eutectice si hipereutectice cu adaosuri de bor, beriliu, titan, mangan, cadmiu, zirconiu, lantandide; - Al-Si-Mg, Al-Si-Cu cu adaosuri de mangan, beriliu, cadmiu, molibden, titan, crom, zirconiu; - Al-Cu-Mg cu adaosuri de litiu, cadmiu, nichel, titan; - Al-Mg si Al-Mg-Zn cu adaosuri de mangan, crom, beriliu; - Al-Si-Mg cu mici adaosuri de cupru, mangan, crom, cu limitarea continutului de fier si siliciu. Pentru caroseria automobilelor, in prezent, o larga utilizare au aliajele pe baza sistemului Al-Mg cu 2…6% Mg, microaliate pentru finisarea structurii cu 0.01…0.2% Ti,

0.001…0.1% B si avand unul sau mai multe elemente din grupa 0.05…1.5% Mn, 0.05…0.3% Cr, 0.05…0.3% Zr, 0.05…0.2% V, 0.05…0.2% Mo, care se prelucreaza foarte bine si rezista excelent la coroziune. Se recomanda ca la proiectarea materialelor metalice cu baza de aluminiu pentru dferite scopuri, sa se aiba in vedere urmatoarele: - Solicitarile la care este supus materialul metalic in timpul exploatarii si mediul in care lucreaza; - Proprietatile care se pot realiza in functie de puritatea materialelor care compun incarcatura, performantele agregatelor si utilajelor de elaborare, turnare si prelucrare, calificarea si competenta profesionala a personalului de conducere si deservire; - Posibilitati de imbunatatire a proprietatilor prin tratament termic si modul de prelucrare; - Factori de economicitate si productivitate. Avand in vedere marea diversitate a aliajelor de aluminiu, pentru clasificarea aliajelor utilizate in industria automobilelor sunt luate in considerare mai multe criterii: a) Dupa natura si numarul elementelor de aliere, se impart in: - Aliaje ternare (Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg etc.); - Aliaje complexe (Al-Cu-Mg-Mn – duraluminiu etc.). b) Dupa tehnologia de fabricare, aliajele de aluminiu se impart in doua grupe: - Aliaje turnate in piese (aliaje de turnatorie); - Aliaje deformabile. Domeniul lor este determinat de limita de saturatie a solutiei solide la temperatura eutecticului (figura 1).

Figura 1 – Clasificarea aliajelor dupa domeniile de compozitie

Aliajele de turnatorie Sunt aliaje care in diagrama de echilibru sunt situate dupa punctul limita si au in structura faza eutectica. Structura apropiata de compozitia eutectica, domeniul ingust de solidificare determina la aceste aliaje insusiri foarte bune de turnare si, in special, fluiditate mare care usureaza umplerea completa a formelor. Aliajele de turnatorie, spre deosebire de cele destinate pentru prelucrare plastica, permit adaos marit de elemente de aliere, care conduce la imbunatatirea caracteristicilor mecanice si tehnologice. Majoritatea acestor aliaje se trateaza termic pentru durificare prin calire si imbatranire sau se livreaza in stare recoapta, cand sunt folosite la confectionarea pieselor care lucreaza la temperaturi inalte. Cele mai raspandite aliaje de aluminiu pentru turnatorii sunt pe baza urmatoarelor sisteme: - Aliaje Al-Si binare cu 3…12% Si, cu sau fara adaosuri mici de mangan, magneziu. Compozitia cea mai utilizata este siluminul eutectic destinat turnarii sub presiune; - Aliaje Al-Si compleze: - aliajele Al-Si-Cu cu 2…12% Si, 0.1…3% Cu, cu sau fara adaosuri de magneziu, mangan, zinc, crom, titan, cadmiu, beriliu, molibden, bor, nichel; - aliaje Al-Si-Cu-Mg cu 7…14% Si, 2…5% Cu, 0.1…0.8% Mg, cu sau fara adaosuri de titan, bor, beriliu, molibden, mischmetall, crom, cadmiu, staniu, plumb, stibiu, calciu, potasiu; - aliaje Al-Si-Cu-Mg-Ni cu 0.2…3% Si, 0.2..5.6% Cu, 0.2…5.6% Ni, 0.2…5% Mg, cu adaosuri de titan, mangan, zinc, crom, cobalt, fosfor, zirconiu, molibden, tantal, niobiu, wolfram, vanadiu etc.; - aliaje Al-Si-Ni-Cu-Mg cu 12.5…17% Si, 15.5…17% Ni, 1.8…8% Cu, 1.6…3% Mg, care in stare turnata poseda cea mai mare duritate dintre materialele metalice cu baza de aluminiu, avand la 20°C, HB=200…225 daN/mm2, respectiv la 350°C, HB=100…115 daN/mm2; - aliaje Al-Si-Zn-Cu-Mg, cu 2…18% Si, 2…16% Zn, 1…5% Cu, 1…4% Mg; adaosuri de 0.2…0.4% (Ti + Be), 0.1…0.8% (Mn + Cr), care dupa tratament termic in atmosfera controlata ating proprietari mecanice comparabile cu ale aliajelor in stare deformata; - Aliaje Al-Cu binare, 4…1.2% Cu, cu adaosuri mici de magneziu, titan, fier si nichel; - Aliaje Al-Cu complexe: - aliaje Al-Cu-Mg-Ni cu 4…8% Cu, 1.5…6% Mg, 0.5…2% Ni cu adaosuri de siliciu, titan si fier; - aliaje Al-Cu-Mn-Cr cu 5…6.5% Cu, 0.4…0.8% Mn, 0.2…0.4% Cr, cu adaosuri de cadmiu, titan, zirconiu si bor; - aliaje Al-Cu-Zn-Mg cu 3.5…5.5% Cu, 2.5…4.5% Zn, 0.2…0.6% Mg, cu adaosuri de zirconiu si titan;

- Aliaje Al-Fe cu 0.5…10% Fe, avand in compozitie litiu, sodiu, strontiu, bor, fiecare sub 0.1% si magneziu, mangan, siliciu, cupru, titan, fiecare sub 0.5%; - Aliaje Al-Mg binare cu 2…10% Mg si cu mici adaosuri de mangan, crom si unul din elementele galiu, cadmiu, bismut, bor, hafniu, cobalt, lantanide, toriu etc.; - Aliaje Al-Mg complexe: - aliaje Al-Mg-Ag-Si cu 3…4.5% Mg, 0.6…1.8% Si, 0.4…1.5% Ag cu adaosuri de zirconiu, fier si mangan; - Aliaje Al-Zn: - aliaje Al-Zn-Mn-Si-Mg-Fe-Cr cu 1…7% Zn, 0.2…2% Mn, 0.1…1% Cr, 0.3…1.5% Fe, 0.1…1% Mg, 0.1…5% Si cu adaosuri de titan si bor, fiind destinat turnarii sub presiune; - aliaje Al-Zn-Cu-Si-Mn-Mg cu 4.5…5.5% Zn, 3.2…3.5% Cu, 4.2…5% Si, 0.5…0.8% Mn, 0.3…0.6% Mg; - aliaje Al-Zn-Cu-Mn cu 6.5…8.5% Zn, 0.3…0.8% Cu, 0.3…0.5% Mn, fiind folosit pentru turnarea de precizie a diferitelor organe de masini; - Alte sisteme: - aliaje Al-Cr-Zr sau Al-Cr-Fe cu 6…13% Cr, 0.1…1.5% Zr sau Fe si unul din elemente de aliere magneziu, wolfram, molibden, vanadiu, mangan; - aliaje pe baza sistemelor Al-Sb-Mg, Al-Sn-Cu-Ni, Al-Sn-Si-Cu-Ni, Al-Pb-Cu, Al-Pb, folosite in calitate de materiale antifrictiune.

Aliaje deformabile Sunt aliaje situate inainte de limita de saturatie, avand structura manofazica (a) sau bifazica (b), se caracterizeaza prin plasticitate mare la cald. Aliajele deformabile pot fi incadrate in doua subgrupe: aliaje deformabile care nu se durifica prin tratament termic si aliaje deformabile care se durifica prin tratament termic. - Aliaje deformabile care nu se durifica prin tratament termic: - aluminiul comercial (obtinut in urma procesului de electroliza sau dupa o operatie de rafinare) cu diferite grade de puritate; - aliaje Al-Mg care contine 1…5% Mg, cu adaosuri de crom, mangan, titan, litiu, beriliu, bor individual sau impreuna, dar in cantitati care sa nu depaseasca 0.25…1%; - aliaje Al-Mn care contin 1…4% Mn, cu mentinerea in limite bine precizate a continutului de fier si siliciu si cu adaosul unor elemente de finisare a granulatiei, in special titan si bor; - aliaje Al-Mn-Mg cu 1…3% Mn, 1…4% Mg cu adaosuri de titan, bor, litiu, beriliu, crom; - aliaje Al-Ni-Fe cu 0.5…2.5% Ni, 0.5…2.5% Fe cu adaosuri de zirconiu;

- aliaje Al-Sn-Ni-Cu cu 4…20% Sn, 0.5…1.5% Ni, 0.5…2.5% Cu, cu sau fara adaosuri de plumb, magneziu, siliciu; - aliaje Al-Zn si Al-Zn-Lantanide cu pana la 1% Zn si 0.2% Lantanide. - Aliaje deformabile care se durifica prin tratament termic: - aliaje Al-Cu-Mg cu 1.5…6% Cu, 0.2…1.8% Mg, 0.8…1.2% Mn, cu adaosuri de nichel, fier, siliciu, titan, crom, vanadiu, molibden, indiu, beriliu, litiu, cadmiu si argint; - aliaje Al-Mg-Si cu 0.4…1.6% Si, 0.4…1.2% Mg, fiind prezente mici adaosuri de cupru, mangan, crom; - aliaje Al-Cr-Zr sau Al-Cr-Fe cu 6…14% Cr, 0.5…1.5% Ze (Fe) si unul din elementele magneziu, wolfram, molibden, vanadiu sau mangan 0.1…1%; - aliaje Al-Be-Mg cu 10…30% Be, 0.5…10% Mg, cu adaosuri de titan si zirconiu; - aliaje Al-Zn-Mg cu 3…9% Zn, 0.5…4% Mg, avand ca elemente de aliere mangan, bor, beriliu, zireoniu, vanadiu, titan, lantanide; - aliaje Al-Zn-Mg-Cu cu 3.5…9.5% Zn, 0.5…4% Mg, 0.5…3% Cu si numeroase alte elemente de aliere de tipul crom, cobalt, zirconiu, mangan, beriliu, titan, argint, lantanide, niobiu, tantal etc.; - aliaje Al-Mg cu 6…8% Mg, cu adaosuri de crom si unul din elementele galiu, cadmiu, bismut, bor, toriu, hafniu, lantanide, litiu, germaniu, cobalt, zinc, mangan, cupru, titan etc. Manganul imbunatateste rezistenta mecanica si la coroziune, micsoreaza temperatura de recristalizare si conduce la o structura fina la piesele ecruisate si recoapte. Aceste aliaje sunt utilizate pentru piese ambutisante (elemente de caroserie). Aliajele cu continut de element de aliere mai mic decat solubilitatea maxima a cuprului in aluminiu au cea mai mare plasticitate si cea mai mica rezistenta la temperaturi inalte (se prelucreaza bine prin deformare plastica la cald). Prezenta in structura a eutecticului inrautateste mult plasticitatea, la o anumita cantitate de eutectic, prelucrarea devine imposibila. Cea mai buna plasticitate o au metalele pure si aliajul eutectic. Depasirea solubilitatii maxime la temperaturi inalte duce la cresterea fluiditatii. 2. Specificatiile aliajelor de aluminiu In specificarile aluminiului, un sistem de patru cifre este folosit pentru desemnarea aliajelor de aluminiu turnate si forjate. Aceste doua clase de aliaje de aluminiu pot fi divizate in familii de aliaje bazate pe compozitia chimica si denumirea starii. Aluminiul pur este aliat cu multe alte metale pentru a produce o gama larga de proprietati fizice si mecanice. Elemente de aliere sunt utilizate ca baza de clasificare a aliajelor de aluminiu in doua categorii: netratate chimic si tratate chimic.

Cele mai multe din specificatiile aluminiului desemneaza aliajele de aluminiu in felul urmator: - Prima cifra – principalul constituent(i) de aliere - A doua cifra – variatii ale aliajului initial - A treia si a patra cifra – variante individuale ale aliajului (numarul nu are nicio importanta, dar este unic). Specificatiile aluminiului forjat. Grupul de aliaj forjat este indicat ca: 1XXX-pur Al (99.00% sau mai mare); 2xxx-Al-Cu aliaje; 3xxx-Al-Mn aliaje; 4xxx-Al-Si aliaje; 5xxx-Al-Mg aliaje; 6xxx-Al-Mg-Si- aliaje. Specificatiile aluminiului turnat. Sistemul de denumire si specificatiile pentru aliajele de aluminiu turnat sunt similare in unele privinte cu cele ale aliajelor forjate. Sistemul de denumire a aliajelor turnate are, de asemenea, patru cifre si prima cifra specifica constituentul de aliere cel mai prezent. Cu toate acestea, un punct zecimal este foloit intre a treia si a patra cifra pentru a face clar ca acestea sunt denumirile utilizate pentru a identifica aliaje in forma de piese turnate (0) sau in forma de lingou de turnatorie (1,2). O litera inainte de desemnarea numerica indica o modificare a aliajului original sau o limita de impuritate. Aceste litere seriale sunt atribuite in ordine alfabetica incepand cu A, dar fara I, O, Q si X, X fiind rezervat pentru aliajele experimentale. Grupul de aliaj forjat este indicat dupa cum urmeaza: 1xx.x-Al Pur (99.00% sau mai mare), 2xx.x aliaje Al-Cu; 3XX.x Al-Si + Cu si/sau Mg; 4xx.x Al-Si; 5xx.x Al-Mg; 7xx.x-Al-Zn; 8xx.x-Al-Sn; 9XX.x-Al + alte elemente si 6xx.x seria neutilizata. Aliaj de Aluminiu – denumirea sistemului de stare. Starea este foarte importanta pentru specificatiile de aluminiu datorita influentei sale esentiale asupra proprietatilor materialului. Sistemul de denumire a starii se bazeaza pe secvente de tratamente termice sau mecanice, sau ambele, utilizate pentru a produce diverse stari. Denumirea starii este intotdeauna prezentata imediat dupa desemnarea aliajului cu o cratima intre denumire si stare (e.g. 2014-T6, 3003-H14, 1350-H19 (foarte tare) etc.). Primul caracter din denumirea starii este o majuscula care indica clasa generala de tratament cum ar fi: F-fabricat, O-recopt, H-ecruisat, W-tratamentul termic de punere in solutie si T-termic tratate pentru a produce o stare mai stabile decat F, O sau H. De retinut ca denumirile starii difera intre aliaje non termic tratate si termic tratate si semnificatiile lor sunt prezentate mai jos. Aliaje de aluminiu non termic tratate. Litera “H” este intotdeauna urmata de 2 sau 3 cifre. Prima cifra indica metoda speciala folosita pentru a obtine starea, dupa cum urmeaza: H1 – inseamna doar ecruisat, H2 – inseamna ecruisat, apoi partial recopt si H3 – inseamna ecruisat, apoi stabilizat. Starea este indicata prin a doua cifra dupa cum urmeaza: 2-1/4 dur, 4-1/2 dur, 63/4 dur, 8 – dur plin si 9 – extra dur, ceea ce inseamna ca cifrele adaugate indica modificarea standard. Aliaje non termic tratabile sunt in principal gasite in seriile de aliaje 1xxx, 3xxx, 4xxx si 5xxx in functie de elementele lor majore de aliere.

Aliaje de aluminiu termic tratabile (de ex. F, O sau T). Litera “T” este intodeauna urmata de una sau mai multe cifre. Aceste cifre indica metoda utilizata pentru a produce stari stabile, dupa cum urmeaza: T3 – stare obtinuta prin punere in solutie si apoi prelucrata la rece, T4 – punere in solutie si imbatranire naturala, T5 – doar imbatranire artificiala, T6 – punere in solutie si imbatranire artificiala etc. Aliajele termic tratabile se gasesc in seriile de aliaje 2xxx, 6xxx si 7xxx. III. Caracteristicile fizico-mecanice ale aliajelor de aluminiu Aluminiul face parte din grupa a III-a a sistemului periodic al elementelor si are un singur izotop stabil 27Al si cinci izotopi radioactivi (24Al, 25Al, 26Al, 28Al) cu perioadele de injumatatire cuprinse intre 2.10 s si 94 s. Aluminiul se caracterizeaza prin plasticitate foarte mare, rezistenta mecanica mica, conductibilitate electrica si termica ridicata si rezistenta mare la coroziune in aer, apa si acizi organici. Aluminiul fierbe la temperatura de 2056°C si se topeste la 660,240°C. Rezistivitatea aluminiului foarte pur (99.999%) in stare recoapta este de 2.63 la 20°C. Ea scade in prezenta elementelor insotitoare care distorsioneaza reteaua cristalina si franeaza deplasarea electronilor. Cele mai importante proprietati tehnologice ale aluminiului sunt: - temperatura de topire: 658.7°C; - temperatura de turnare: 710…730°C; - temperatura de fierbere: 2056°C; - temperatura de prelucrare la cald: 350…450°C; - temperatura de recoacere: 370…400°C; - temperatura de revenire: 150°C; - temperatura inceputului de recristalizare: 150°C; - limita de curgere: 12 kgf/mm2; - contractia la turnare: 1.7%; - deformarea admisibila: 75…95%; - duritate Brinell: 30-35; - rezistenta la tractiune: 15 kgf/mm2. Principalele proprietati ale aluminiului care influenteaza defavorabil sudabilitatea sunt: - conductibilitatea termica ridicata – deci si temperatura de topire a aluminiului este redusa (650°C), datorita conductibilitatii de caldura si preincalzirea intregii piese la temperaturi ridicate; - coeficientul mare de dilatare al aluminiului care determina producerea de tensiuni permanente si deformatii mari;

- la incalzire, aluminiul nu-si schimba culoarea – din aceasta cauza, la sudare nu se poate aprecia vizual gradul de incalzire. Dificultatea se mareste, deoarece aluminiul se topeste in mod brusc; - fragilitatea aluminiului la temperaturi inalte – deformarea si fisurarea peretilor se preintampina prin fixarea piesei pe suporturi cat mai exact; - in stare lichida, aluminiul absoarbe cu aviditate oxigenul, ceea ce reduce rezistenta imbinarii; - oxidul de aluminiu avand punctul de topire ridicat (2050°C), formeaza o pojghita solida care impiedica sudarea. Indepartarea oxidului se poate realiza pe cale chimica prin utilizarea unor fluxuri care formeaza cu oxidul o zgura usor fuzibila si care protejeaza metalul topit. In sistemul periodic al elementelor, aluminiul se gaseste sub Bor. Datorita acestui fapt, proprietatile sale mecanice sunt mai net exprimate, iar in ceea ce priveste activitatea chimica, aluminiul este mai putin activ decat borul. Este caracteristica proprietatea aluminiului de a forma oxizi amfoteri, in timp ce borul formeaza numai oxizi acizi. Aluminiul, avand afinitate mare fata de oxigen in aer, chiar la temperatura obisnuita, se acopera cu usurinta cu un strat de oxid, care protejeaza metalul de o oxidare ulterioara. Procesul de oxidare a aluminiului se intensifica cu cresterea temperaturii si depinde de natura si concentratia elementelor insotitoare. Aluminiul reduce majoritatea oxizilor metalici, se combina energic cu halogenii, iar la temperatura inalta se combina cu sulful, azotul, carbonul si fosforul. In intervalul de temperatura 0 - 100°C, apa nu ataca aluminiul, are loc numai la cresterea grosimii stratului de oxid. Deasupra stratului natural de alumina anhidra se formeaza un strat de 𝐴𝑙2 𝑂3 𝐻2 𝑂 cristalizat. Aluminiul protejat de stratul de alumina este putin atacat de acidul azotic, dar se dizolva cu usurinta in acid clorhidric la fel si in baze. Acidul clorhidric este dizolvantul normal al aluminiului. Aluminiul impurificat cu fier, cupru sau siliciu, are rezistenta la coroziune mai mica in solutii de acid clorhidric, actiunea acidului sulfuric fiind direct proportionala cu concentratiile solutiilor si cu cresterea gradului de impurificare al aluminiului. Aluminiul este foarte putin corodat in solutii de acid azotic diluate. Procesul se intensifica odata cu cresterea concentratiei, atingand valoarea maxima pentru o solutie de 310 g/l 𝐻𝑁𝑂3, ca in cazul acidului fumans. Aluminiul si aliajele sale au o pondere din ce in ce mai mare in categoria materialelor multifunctionale, datorita urmatoarelor considerente: - raport mare dintre rezistenta mecanica la rupere si densitate; - rezistenta ridicata la coroziune; - conductivitate termica si electrica remarcabile. Utilizarea pe scara larga a materialelor multifunctionale pe baza de aluminiu este legata de imbunatatirea performantelor acestor aliaje prin microadaosuri de elemente ca Sr, B si Ti, inainte de turnare, care asigura realizarea unor deziderate importante ca:

- imbunatatirea sensibila a microstructurii prin distributia uniforma a fazelor, micsorarea si uniformizarea dimensiunii medii a grauntilor si a fazei de siliciu din eutectic, obtinandu-se astfel materiale compacte si izotrope; - cresterea sensibila a proprietatilor mecanice ale aliajelor solidicate si tratate termic; - imbunatatirea rezistentei la coroziune a aliajelor; - cresterea gradului de finisare a suprafetelor pieselor destinate domeniilor specificate mai sus; - ameliorarea conditiilor de tratamente termice si superficiale a aliajelor; - imbunatatirea conditiilor de deformare plastica in vederea reducerii tensiunilor interne si prevenirii aparitiei micro- si macrofisurilor in produsele finite; - ameliorarea prelucrabilitatii prin aschiere si a sudabilitatii aliajelor. IV. Aplicatii in industria automobilelor 1. Elemente de caroserie In urma cu mai bine de zece ani, modelele Audi A8 si Audi A2 au curmat tendinta din ce in ce mai accentuata de crestere a greutatii automobilului, datorita caroseriilor din aluminiu. Din acel moment, Audi a dezvoltat continuu aceasta tehnologie revolutionara de diminuare a greutatii. Astazi, tehnologia ASF (Audi Space Frame) este utilizata pe patru modele de Audi: TT, TT Roadster, R8 si A8.

Un alt producator de automobile, Jaguar, foloseste pentru modelul Jaguar XE aluminiu pentru mai mult de 75% din caroserie. Mai mult decat atat, Jaguar foloseste un aliaj special de aluminiu, numit RC 5754, dezvoltat special pentru XE si facut cu un procent mare de metale reciclate. Noul material (include Cupru, Titaniu, Zinc, Crom, Fier, Siliciu, Magneziu, pe langa Aluminiu) asigura acestora o rigiditate torsionala ridicata a caroseriei si o masa totala mai redusa decat a unui model echivalent cu aceleasi dimensiuni.

Tot la acest model, Jaguar a utilizat aliminiul si pentru alte elemente ale automobilului cum ar fi suspensiile. 2. Blocul motor si alte elemente ale motorului (chiulasele, pistoanele, cilindrii) Primul autovehicul echipat cu bloc motor din aluminiu a fost Lancia Aurelia, lansat in 1950. Numarul aplicatiilor a crescut exponential de atunci datorita avantajelor lor fata de blocurile din fonta: - Masa redusa – 1/3 din masa unui bloc similar din fonta; - Transfer de caldura mai bun; - Rezistenta la coroziune; - Prelucrabilitate mai buna. De atunci, numerosi producatori de automobile au folosit aceasta tehnologie, din care cei mai importanti sunt: BMW (750i, X5), Citroen (C3, C5), Jaguar XK, Mercedes (A Klasse), Peugeot (306, 206), Porsche (Boxter, Cayenne, 928), Volvo (S80, V80), VW (Golf IV & V, Passat, Phaeton, Toareg) etc. Cilindrii blocului motor din aluminiu pot fi de mai multe feluri: - Cu insertie de camasa din fonta, care la randul lor pot fi supusi unor tratamente necesare imbunatatirii transferului termic, reducerii uzurii etc.; - Cu insertie de camasi tip ALUSIL, Silitec - obtinuta prin inglobarea particulelor de siliciu in materialul camasii; - Cu prelucrarea suprafetei de uzura a cilindrului, prin inglobarea particulelor de siliciu direct in materialul blocului-motor, acesta avand o structura matriciala, numit LOKASIL.

3. Jantele Jantele din aliaj de aluminiu au unele calitati in plus fata de cele din otel: - ofera o mai mare rezistenta la socuri datorita indicelui scazut de deformare si ovalizare; - aderenta intre anvelopa si janta este imbunatatita, scazand astfel riscul de pierdere a aerului sau dejantarii in caz de impact – accident; - o janta din aliaj de aluminiu este mai rezistenta la variatiile de temperatura inalte si bruste, de exemplu, in timul franarilor repetate sau la viteze foarte mari. Aceasta permite o mai buna disipare a caldurii, cauzate de discuri si etrieri, permitand astfel si o reducere a distantei de franare si in acelasi timp o prelungire a duratei de viata a placutelor de frana; - franarea este mai precisa, flexibila si puternica; Exista mai multe modalitati de turnare a jantelor, printre care enumeram: - turnarea gravitationala; - turnarea la joasa presiune (specifica productiei de prim montaj) insotita de tratament termic. In cazul jantelor performante (ultrausoare), ulterior turnarii la joasa presiune, se foloseste procedeul tehnologic intitulat flow-forming sau rim rolling process. Ca produs de top

in cadrul jantelor performante il reprezinta jantele obtinute prin procedeul de forjare a aluminiului.

4. Alte elemente: - bai ulei; - carcase pentru partea electronica a automobilelor; - ornamente; - elemente de suspensie; - radiatoare; - carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor, diferentialelor, puntilor si alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de franare si directie.

V. Bibliografie 1. CHIRU A. BENEA – Tehnologii noi pentru fabricarea autovehiculelor 2. https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=AluSpecifications&LN=RO 3. http://www.autonet-group.ro/tehnologii-rectifit/ 4. http://ae-plus.com/features/jaguar-xe-chassis/page:2