Διαμόρφωση και τεχνολογικές ιδιότητες του κράματος αλουμινίου 5083

Abstract

In the past decade a variety of aluminium alloys has been produced, in order to fulfill the increasing demand for innovative materials in various technological and industrial fields. This demand has led towards the investigation of thermo-mechanical processing (forming) and quality control of these alloys, with the aim of improving their technological properties (resistance to corrosion, wear, oxidation etc.) In this Ph.D. Thesis, the effect of cold rolling (0-15%) on the technological properties of 5083 wrought aluminium alloy was investigated. This alloy has been used extensively in the aerospace, automotive, shipbuilding and construction industries, whereas its chemical composition is 95.2% Al, 3.5% Mg, 0.5% Mn, 0.3% Si, 0.26% Cr, 0.24% Fe (according to American Association for Metals ASM). In the beginning of each chapter of this Ph.D. Thesis, an introduction to basic theories concerning the corrosion, cathodic hydrogen charging, wear and deposition of composite coatings is presented. Recent reports are also analyzed, in order to draw some significant deductions. At the end of each chapter, the experimental procedure along with the obtained experimental results are presented and discussed, so as to examine the relation between the structure and metallography of 5083 aluminium alloy, with and without cold rolling, and its technological properties. Structural and metallographical study of 5083 aluminium alloy, before and after the cold rolling treatment, was performed with the aid of X-ray Diffraction (XRD), Metallurgical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Electron Dispersive Spectroscopy (EDS) techniques. This alloy was found to consist of: (a) aluminium solid solution, (b) Mg2Si intermetallic phase and (c) Si. In the following chapters, the effect of cold rolling on the microhardness, work hardening, corrosion behaviour (3.5% NaCl), cathodic hydrogen charging and wear behaviour (under dry, corrosive and lubricative conditions) was studied thoroughly. Finally, the deposition of electroless Ni-P-Fly Ash composite coating on the surface of 5083 wrought aluminium alloy was performed in order to improve the technological properties of this alloy. This Ph.D. Thesis aims in providing new knowledge concerning the effect of cold rolling process on some important technological properties of 5083 aluminium alloy. It should be taken into consideration that most aluminium alloys are submitted to various forming procedures before being used in technological applications. However, very little is known about the effect of forming treatments on the properties of aluminium alloys.

Τις τελευταίες δεκαετίες ένα πλήθος κραμάτων του αλουμινίου έχει παραχθεί, προκειμένου να καλύψει την αυξανόμενη ανάγκη της τεχνολογίας και βιομηχανίας για υλικά υψηλότατων απαιτήσεων και εξειδικευμένων εφαρμογών. Για την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των κραμάτων του αλουμινίου καθίσταται απαραίτητη η ενδελεχής μελέτη των βασικών θερμο-μηχανικών κατεργασιών διαμόρφωσης που υφίστανται αυτά καθώς και η αξιολόγηση των ιδιοτήτων τους (αντοχή στη διάβρωση, τριβή, κρούση κτλ.), προκειμένου να επιτευχθούν ακόμα υψηλότερα αποτελέσματα. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αποσκοπεί στην μελέτη της επίδρασης του βαθμού ψυχρής έλασης (0-15%) στις τεχνολογικές ιδιότητες του σημαντικού κράματος του αλουμινίου 5083. Το κράμα αλουμινίου 5083 έχει χημική σύσταση 95.2% Al, 3.5% Mg, 0.5% Mn, 0.3% Si, 0.26% Cr, 0.24% Fe (σύμφωνα με την American Association for Metals ASM) και βρίσκει σημαντικές εφαρμογές στην ναυπηγική, κατασκευαστική καθώς και στην σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία. Σε κάθε κεφάλαιο της Διδακτορικής Διατριβής αρχικά γίνεται μια σύντομη θεωρητική ανασκόπηση των βασικών αρχών της διάβρωσης, της καθοδικής φόρτισης και εισδοχής υδρογόνου, της τριβής τόσο υπό συνθήκες λίπανσης όσο και σε διαβρωτικό περιβάλλον, καθώς και της απόθεσης σύνθετων επικαλύψεων σε υπόστρωμα αλουμινίου. Εν συνεχεία παρατίθενται συναφείς Επιστημονικές Δημοσιεύσεις που μελετήθησαν στην παρούσα Διατριβή. Το κάθε κεφάλαιο περατώνεται με την πειραματική μελέτη της δομής, μορφολογίας και ορισμένων τεχνολογικών ιδιοτήτων του κράματος. Κατά την πειραματική μελέτη των διαμορφωμένων δοκιμιών του κράματος αλουμινίου 5083 πραγματοποιήθηκε δομικός και μορφολογικός τους χαρακτηρισμός με την χρήση Περιθλασίμετρου ακτίνων-Χ, καθώς και Μεταλλουργικού και Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης. Με τη χρήση Μικροαναλυτή Στοιχείων EDAX μελετήθηκε η χημική σύσταση του κράματος 5083, ενώ με την συνδυαστική χρήση του Περιθλασίμετρου ακτίνων-Χ και του Μικροαναλυτή Στοιχείων EDAX αναγνωρίσθησαν οι φάσεις του κράματος αλουμινίου 5083. Στα επόμενα στάδια της Διδακτορικής Διατριβής μελετήθηκε διεξοδικά η επίδραση του βαθμού έλασης σε τεχνολογικές ιδιότητες του κράματος όπως στην μικροσκληρότητα, στο βαθμό ενδοτράχυνσης, στην αντιδιαβρωτική ικανότητα, στην καθοδική φόρτιση και εισδοχή υδρογόνου, στην αντοχή σε τριβή υπό συνθήκες λίπανσης και σε διαβρωτικό περιβάλλον. Σαν τελικό στάδιο της Διατριβής πραγματοποιήθηκε η απόθεση σύνθετης επικάλυψης Ni-P για την περαιτέρω βελτίωση των επιφανειακών ιδιοτήτων του εξετασθέντος κράματος. Ελπίζεται με την εκπόνηση της Διδακτορικής αυτής Διατριβής να επιτευχθεί η παραγωγή νέων γνώσεων και χρήσιμων πληροφοριών σχετικά με την επίδραση των τεχνικών διαμόρφωσης στις τεχνολογικές ιδιότητες του κράματος αλουμινίου 5083. Θα πρέπει σε αυτό το σημείο να τονισθεί ότι το πλείστον των κραμάτων υφίστανται κατεργασίες διαμόρφωσης, χωρίς ωστόσο να υπάρχει επαρκής συσχετισμός της επίδρασης των κατεργασιών αυτών στην δομή και τις ιδιότητες των κραμάτων.