Nowe przerabialne plastycznie stopy aluminium do wysokich temperatur

Stopy przerabialne plastycznie to wlewki lub kęsy przeznaczone do obróbki metodą odlewania na zimno lub gorąco. Przerabialne plastycznie stopy aluminium są znane z wysokiej wytrzymałości i łatwości obróbki, umożliwiającej nadawanie im żądanych form końcowych. Celem finansowanego ze środków UE projektu ALT było zidentyfikowanie nowych przerabialnych plastycznie stopów aluminium do zastosowań wymagających wysokich temperatur.

W skład konsorcjum weszły dwie instytucje badawcze, jedna zajmująca się nieżelaznymi materiałami metalowymi i ich badaniem, a druga specjalizująca się w badaniu recyklingu i odzyskiwania metali. Jeden z producentów stopów aluminium zakończył badania techniczne analizą kosztów, oddziaływania na środowisko i kwestii związanych z wdrożeniem do produkcji przemysłowej.

Naukowcy wybrali 24 różne formuły elementów stopowania oraz ich kombinacje przy pomocy metody Taguchi. Wlewki stopów zostały poddane wytłaczaniu, a ich próbki przetestowano pod kątem wytrzymałości cieplnej. Metoda Taguchi umożliwia określenie minimalnej liczby doświadczeń wymaganych do uzyskania pełnych informacji na temat wszystkich czynników wpływających na parametr wydajność. Dzięki temu można wytwarzać wysokiej jakości produkty bez ponoszenia dużych kosztów. Obiecujące wstępne wyniki prób rozciągania w temperaturze pokojowej oraz w 250 stopniach Celsjusza doprowadziły do wybrania dwóch formuł do dalszych badań. Obie były stopami miedzi i aluminium o różnej zawartości miedzi.

W drugim roku realizacji projektu te dwa obiecujące stopy poddano próbom badającym ich odkształcalność, możliwość ponownego wykorzystania oraz wytrzymałość na pełzanie i rozciąganie. Stopy Al-Cu uzyskały ogólnie dobre wyniki w porównaniu z innymi stopami. Zoptymalizowana obróbka cieplna pozwoliła na uzyskanie lepszych właściwości mechanicznych.

Po 1000 godzinach starzenia w temperaturze 250 stopni Celsjusza uzyskano też nieco lepszą wytrzymałość niż w przypadku konwencjonalnych stopów, z wyjątkiem jednego stopu przerabialnego plastycznie i jednego stopu odlewniczego. Jednakże pogorszeniu uległa prognozowana maksymalna wytrzymałość ze względu na formowanie się fazy ciągłej na granicach ziarna, a stopy okazały się droższe niż ich referencyjne odpowiedniki. Przyszłe badania mogłyby dotyczyć modyfikacji obróbki cieplnej w celu dalszej poprawy właściwości mechanicznych w wysokich temperaturach.

W projekcie ALT przeprowadzono kompleksową ocenę obiecujących stopów aluminium przeznaczonych do przyszłych komponentów samolotowych narażonych na działanie wysokich temperatur. Dokładniejsza znajomość zachowania się tych wytwarzanych z wlewek stopów pozwoli w przyszłości poprawić ich właściwości mechaniczne oraz obniżyć koszty.