Mag. L. Kosec, dipl. inž., dr. F. Vodopivec, dipl. inž. Metalurški inštitut Ljubljana DK: 620.18 ASM/SLA: M 21, 9 Iz dela metalografskega laboratorija Slika 1 Slika 3 Primer mesta z natrgano površino; pov. pribl. 10X Detajl natrgane površine; pov. 100X S sorazmerno vse večjo uporabo aluminija in njegovih zlitin v strojništvu so tudi vse bolj številni specifični primeri napak in poškodb v konstrukcijskih elementih izdelanih iz teh materialov. V članku opisujemo primer livarskih napak, napak nastalih pri preoblikovanju, kemični obdelavi in uporabi predmetov iz aluminija in njegovih zlitin. 1. Elementi za velike hladilne sisteme so izdelani iz tanike aluminijeve pločevine. Z ustreznim postopkom se lahko dve taki pločevini hladno zvarita v en hladilni element tako, da tvorita cel sistem povezanih kanalov za pretoik hladilnega medija. V večini primerov se zaradi mogočega korozijskega napada zunanja pvršina takega elementa prevleče z ustreznim lakom. Le-ta pa se nanaša na površino šele, ko je bila ta temeljito kemično očiščena. Na takih hladilnih elementih izdelanih iz tanke pločevine tehniško čistega aluminija (99,6 %) sta se pojavljali dve vrsti površinskih napak, zaradi katerih bi bilo morda ogroženo delovanje hladilnega sistema. Primere prvih napak kažeta si. 1 in 2. Število taikih mest je bilo veliko, gostota pa neenakomerna. Mikroskopska preiskava je pokazala, da je bila površina na teh mestih »natrgana«. Taka napalka je nastala pri valjanju, njen izvor pa je v napaki v materialu. Na presekih pločevine v področju natrgnin ali pa stran od njih smo opazili mnogo ločenih skupin velikih nekovinskih vključkov (si. 3, 4, 5, 6). Večina teh vključkov se je med valjanjem zdrobila, niso se pa razpotegnili v smeri preoblikovanja. Ti trdi in krhki vključki so vključki aluminijevega oksida. Taka množina in velikost sta posledici nezadostne rafinacije aluminija pred vlivanjem. Pri valjanju je večina con z gostimi in grobimi vključki, ki so bili zadosti blizu površine, razpdkala, kar se kaže v značilno natrgani površini pločevine. Globina teh poškodb pa v primeri z debelino pločevine ni velika, zato ne more vplivati na funkcionalnost .hladilnih elementov. Druga vrsta napak -se je pojavila na nekaterih hladilnih elementih med luženjem, ki je normalna operacija v sklopu postopka za zaščito površine pred korozijo. Na sliki 7 in 8 sta dva primera izredno močnega korozijskega napada. V mikrostrulkturi materiala in pa na površini pločevin nismo našli žarišč, v katerih bi začela korozija. Pregled korodiranih površin in vzporedni poskusi so pokazali, da poškodovana površina (natrgana) ni inicial za začetek korozijskega napada. Opazili smo le, da se pri luženju ta Slika 2 Primer mesta z natrgano površino; pov. pribl. 10X Slika 4 Mikroskopski videz natrgane površine; polirano, pov. 500X Slika 5 Vkijučki aluminijevega oksida v pločevini; pov. 200X Slika 6 Vkijučki aluminijevega oksida; pov. 500X mesta močneje jedkajo do globine, ki približno odgovarja globini poškodbe. Kemična analiza pa je pokazala, da se je sestava lužilne raztopine med delom bistveno spremenila in da se je veliik del aktivne substance že iztrošil. Prav tako se je spremenilo tudi razmerje komponent (žveiplene kisline iin natrijevega bikromata). Z uporabo sveže lužilne raztopine so vse težave zaradi prehitre lokalne korozije odpadle. 2. Drugi primer je analiza poškodb na sponkah daljnovoda. Sponike so bile sestavljene iz dveh delov. Del, ki je izdelan iz aluminijeve zlitine, je bil privit v del, izdelan iz bakrove zlitine. S čepom je bilo preprečeno odvijanje. Med obema deloma je bila gumijasta izolacija, ki je preprečevala vdor vode med navoje, kar bi laihiko povzročilo korozijo. Daljmovodne sponke so bile močno poškodovane na notranji površini. Zaradi boljšega oprijema aluminijaste vrvi v sponkah podložene kovinske ploščice, so ipraiktiono popolnoma razpadle. Na Slika 7, 8 Primeri korodiranih polj na površini hladilnih sistemov mnogih mestih pa je bilo na notranji površini aluminijastih delov sponke opaziti znake natalje-vanja. S kemično analizo smo ugotovili, da so bili aluminijasti deli sponke izdelam iz zlitine s 5,9 % Si, 3,0 % Cu, 0,5 % Mg in 0,39 % Fe, bakrova zlitina pa je bila sestavljena še iz 4,2 % Sn, 0,6 % Zn ter sledov P in Al. Podložne ploščice so bile izdelane iz cinika. Mikrostruktura ob notranji površini aluminijastih delov sponke je pokazala, da je res prišlo do lokalnega nataljevanja (slika 9). 3. Ohišje reduktorja, bi moralo biti vlito iz zlitine KAlSilOMgCu, ki je odporna napram vibracijam, katerim je lahko ohišje med obratovanjem podvrženo. Površina ohišja je bila slaba, polna prelitih mest in bradavic (si. 10). Na presekih stene ohišja smo opazili številne mikropore (si. 11) in cela področja strukture obdane z oksidno kožico (si. 12, 13). Zlitina je bila modificirana, vendar se kaže v mikrostrukturi nepopolnost oz. nehomogenost modifikacije, saj se prepletajo polja povsem eutektske sestave s polji demdritov in eutaktiika. Ta v določeni meri neenakomerna modifikacija verjetno nima pomembnega vpliva na kvaliteto ohišja. Ohišje je bilo tudi neprimerno toplotno obdelano, saj je bila trdota le 64ikp/mim2 (HB), kar je mnogo pod predpisano mejo. Na sliki 10 je s puščico označena razpoka, ki poteka preko cele debeline daleč v ohišje reduktorja. V podaljšku te razpoke srno opazili oksidno kožico (si. 13). Ta razpoka je verjetno nastala v končni velikosti po gašenju ali zaradi zunanje sile, posreden vzrok zanjo pa je bila napaka za- Slika 9 Mikrostruktura meje med nataljenim (levo) In nenatalje-nim delom silumina; jedkano; pov. 100X V desni polovici slike je prvotna milkrostruk-tura, ki sestoji iz dendriitov, v njihovih žepih pa je porazdeljen eutelktiik. V nataljenem dedu so miikrostrukturne komponente izredno drobne in enakomerno porazdeljene, kar kaže na drugačen režim ohlajanja ali eventuelno tudi drugačno kemično sestavo. Tudi izredno pogosta milkroporoz-nost v tem delu govori za to, da se je ta del stalil. Na osnovi rezultatov preislkave sklepamo, da je prišlo do poškodbe na naslednji način: Zaradi korozije ali pa nizkotemperaturne oksddacije so najprej razpadle cinkove ploščice podložene v sponkah. Zato se je povečala električna upornost med površino sponlke in vrvjo. Posledica tega je bilo lokalno segrevanje materiala nad temperaturo tališča, istočasno pa so se segreli tudi drugi deli sponke, saj se je poškodovalo tudi gumijasto tesnilo in varovalna barva na bakrovi zlitini. Izvor poškodbe je v napačno izbranem podložnem materialu (cink) med vrvjo in notranjo steno sponke. Izvedba same sponke je bila v redu, saj praktično na zunanji površini ni bilo pomembnejših znakov korozije, pravtako tudi na navojih ni bilo opaziti korozijskih pošikodb. Res je, da bi cinikova pločevina, če bi bila v posrednem stiku z aluminijevo ali bakrovo zlitino, preprečevala korozijo, saj je električno najbolj negativna in bi sama korodirala. V tem primeru pa je povzročila druge nevšečnosti, katerih posledica je bilo lokalno nataljevanje in neuporabnost sponke. ■t C i , ■»" j- * i . , • . 'astri Slika 10 Ohišje reduktorja; (R-razpoka); pov. pribl. 1,7X n m . L '" ' . ' - b£ K * m Slika 11 Mikrostruktura na prečnem preseku ohišja; Vidijo se znaki mikroporoznosti (M), oksidna kožica (K) ter nehomogena porazdelitev strukturnih komponent; po-lirano; pov. 100X Slika 12 Z oksidno kožico obdan otok sestavljen iz dendritov in eutektika; polirano; pov. 100X radi prelitja. Seveda tako ohišje, zaradi opisanih livarskih napak, ni sposobno prenašati dinamičnih obremenitev. S kemično in metalognafslko analizo smo tudi ugotovili, da ohišje reduktorja ni bilo izdelano iz zahtevne zlitine KAlSilOMgCu, temiveč podobne zlitine KAlSilOMg. Po namenu uporabe se ti dve zlitini ločita; prva je odporna proti vibracijam, druga pa proti udarcem. Trdnost in meja 0,2 sta pri obeh približno enalki, močno pa se razlikujeta v intervalu raztezkov in v maksimalno doseženih trdotah. Znanim delovnim pogojem ohišja reduktorja bi tudi druga zlitina odgovarjala, če bi bila pravilno toplotno obdelana in bila brez livarskih napak, od katerih so zlasti napake zaradi prelitja najbolj neugodne. Slika 13 Struktura v okolici in podaljšku razpoke s si. 10. Mikro-poroznost (M) in oksidna kožica (K) ob podaljšku razpoke (R); pov. 100 X SKLEP: Pri treh konstrukcijskih elementih izdelanih iz aluminija ali njegovih zlitin smo opazili napake, katerih izvor je bil že ali v nepravilni tehnologiji priprave taline in vlivanja, v nepravilnih pogojih luženja ali pa v majhni pomanjkljivosti konstrukcije. Nepravilen režim toplotne obdelave, posebno zlitin z bolj pestro sestavo, je tudi pogost vzrok neprimerne kvalitete. Prav pri toplotna obdelavi aluminija je zgrešenih mnogo napak, precej več kot pri toplotni obdelavi jekla. Velika selekcija materialov tako po lastnostih in namenu uporabe je pogoj za kvaliteto različnih 9trojnih delov, obenem pa narekuje povsem nov pristop k preiskavam in odpira mejo med posameznimi kovinami. ZUSAMMENFASSUNG Im Arteikel werden einige Beispiele der Giessfehler, Fehler vvelche bei der Verformung, bei der chemischen Oberflachenbehandlung, bei der VVarmebehandlung, und bei der praktischen Anwendung an aus Aluminium und Aluminiumlegierungen gefertigten Gegenstande entstanden sind beschrieben. Die angegebenen Fehler zahlen zu den allgemeinen Fehlern, welche an Gegenstanden die aus Leichtmetallen gefertigt sind, sehr oft auftretten konnen. Die grosse Auswahl der VVerkstoffe sowohl in Hinsicht der spezifi-schen Anivendung und der optimalen Eigenschaften ver-langt die Anwendung eines grossen Spekter verschiedener VVerkstoffe in einem Erzeugniss. Deshalb fallen die Sperren welche die Technologen kiinstlich zwischen die einzelnen Metalle gestellt haben, und fiihren zur einheit-lichen Behandlung aller metallischen Werkstoffe. SUMMARY Examples of faulty casts, defects vvhich appear in working, in chemical surface processing, in heat treatment, and during the use of pieces made of aluminium and its alloys are deseribed in the paper. These defects are examples of general defects which often appear in light metal produets. Great choise of materials for specific uses and vvith optimal properties demand the use of very wide range of materials in a single composite product. Therefore the barriers vvhich were artificially ereeted betvveen single metals by technologists are knocked down, and metal materials are treated more and more uniformly. 3AKAIOTEHHE B cTaTbe onHcaHbi cAyqaH AHTeftHbix noponoB Ha h3Agahsx H3 aAiOMHHHH h ero criAaBax noAyqeHHe bo BpeMH <}>opomobkh, xhmh-HecKoS o6pa6oTKe n0BepxH0CTH OTAHBKa, TepMmecKofl o6pa6oTKH a TaKHce nopoKOB KOTopbie noHBAaioTCH bo BpeMH hx ynotpe6aehhh. Ormcanan nopoAa irpeACTaBAaeT HMeHHO tot bha n0p0K0B, K0T0pLie nacTO noHBAHioyTCH Ha H3AeAiiax H3 AerKiix MeTaAAax. BoAbiinaa ccackuiih MaiepHHAa mto KacaeTca enehh^h^HoeTH vnorpeG-AeHHH a TaKJKe h onTHMaALHoeTH Ka^ecTBa VKaii.riiaeT na Heo6xoAH-moctl irpiiMeHeHHH 6oAee mHpoKora cneKTpa MaTepnaAa b oahom h3acahm. Il03T0My, HCKyCCTB6HHO ot CTOpOHbl TeXHOAOrOB nOCTaBAeH-Hbie Sapbepu Me>KAY OTAeAbHMMH MeTaAAaMH Bce 6oAee H OoAee ocAaSeBaei n BeAeT k yHH