1

Capitolul 1

1.Introducere

Alegerea materialelor în industria de automobile se bazează pe mai multe factori.

Acestea fiind spuse in ultimii ani guvernele fiecarei tari au implementat si chiar le-au impus

producatorilor de automobile : reducerea emisiilor automobilelor, dezvoltarea si imbunatatirea

conditiilor de siguranta pt cei ce folosesc automobilele si economisirea carburantului. Pt a

atinge aceste cereri industria de automobile a facut un efort pentru a ridica eficiența motorului

si de a reduce greutatea acestora. In concluzie materialele utilizate in constructia de

automobile au un impact mare asupra mediului inconjurator. Utilizarea materialelor usoare

ar putea fi o solutie de economisire a combustibilului. Reducerea in greutate a fost ca o

consecinta a inlaturarii cantitatii de otel in industria auto si folosirea pe scara larga a

materialelor alternative si in special a aluminiului si a materialelor plastice. Utilizarea

aluminiului in industria auto este de circa 80% in ultimi 5 ani. Dintr-un total de 110 kg de

aluminiu/ automobil in anul 1996 va deveni 250 sau 340 in 2015. In materie de siguranta

aluminiul are un atu foarte important, deoarece prezintă o excelenta capacitate de absorbtie a

energiei in timpul coliziunilor. Printre altele 90% din aluminiul utilizat in automobile este

reciclat fara sa isi piarda proprietatiile si totodata aceste deseuri au si valoare economica.

Coroziunea este una dintre principalele probleme pe care le intampina industria auto si

anumea constructia schimbatoarelor de caldura iar din acest motiv ne-am propus ca in aceasta

lucrarea sa studiem comportamentul aliajelor de aluminiu (ex:AW 3003(AlMn1Cu/H14))la

coroziune. Concret am ales ca si reper un schimbator de caldura realizat din acest tip de aliaj

iar ca si mediu coroziv ( agentul de racire ) apa glycol.

2

1.1.Generalitati despre aluminiu și aliajele sale

Aluminiul este un metal de culoare alba,usor (2,7g/cm3),care se topeste la 6580 C.Este

foarte moale si plastic, conduce foarte bine caldura si electricitatea, are rezistenta mare la

coroziune,datorita fenomenelor de pasivizare,care consta in autoacoperirea cu o pelicula

subtire,densa si aderenta de oxid de aluminiu, care-l protejeaza impotriva oxidarii ulterioare.

Datorita acestei proprietati, precum si plasticitatii sale,se foloseste in industria chimica si

alimentara. Datorita conductibilitatii electrice mari se foloseste drept conductor

electric.Aluminiul are insa rezistenta mecanica mai mica decat a cuprului.Chiar prin

trefilare,el nu ajunge la o rezistenta mai mare de 25 N/mm2;deci rezistenta ramane

insuficienta pentru conditiile de eforturi la care sunt supuse conductoarele aeriene.Din aceasta

cauza se fabrica conductoare de aluminiu cu inima de otel sau conductoare din aliaje cu baza

de aluminiu cutratamente termice pentru marirea rezistentei mecanice.Rezistenta de aluminiu

creste prin alierea cu diferite elemente,realizandu-se deci aliaje cu baza de aluminiu.Aliajele

de aluminiu pot fi:aliaje deformabile prin presare si aliaje de turnatorie.Aliajele de aluminiu

deformabile prin presare se clasifica in:aliaje anticorosive si aliaje durificabile prin tratamente

termice.In aliajele anticorosive ,aluminiul aliat cu mici cantitati de magneziu sau

demangan.Un astfel de aliaj este anticorodalul care se utilizeaza la fabricarea pieselor carora li

se cere rezistenta la coroziune in medii chimice,fara sa li se ceara insa rezistenta mecanica

foarte mare.

Aluminiul si aliajele sale au in general o rezistenta buna la coroziune in atmosfera in

mediul marin, urban si industrial. Este utilizat totodata si de arhitecti pt construirea edificiilor

publice (Piramida de la Louvre) dar si pt constructiile de case.

3

Capitolul 2

Radiatoare

2.1.Prezentarea răcitoarelor din aliaje de aluminiu fabricate la RAAL

De peste 25 de ani, RAAL se ocupă cu proiectarea şi producţia de sisteme de

răcire complete.

„Întreprinderea dezvoltă în cele două locaţii de producţie din România (de la

Bistriţa şi Prundu Bîrgăului) următoarele activităţi:

fabricaţia de schimbătoare de căldură pe 6 linii de brazare utilizând tehnologia

Nocolok;

fabricaţia de schimbătoare de căldură din oţel inoxidabil, în cuptor de brazare

cu vid;

fabricaţia de structuri din oţel care intră în componenţa sistemelor de răcire

RAAL.

activităţi de susţinere ale acestora: proiectare produse, calculare şi simulare,

testare şi validare produse, atelier prototipuri, proiectare şi execuţie SDV-uri,

laboratoare.”

RAAL deţine filiale în Italia, Olanda, Germania şi SUA şi produce sisteme

complete de răcire şi schimbătoare de căldură: radiatoare, răcitoare de ulei, răcitoare de

aer, condensatoare, răcitoare combinate, realizate din aliaje de aluminiu şi oţeluri

inoxidabile, în construcţie brazată, destinate aplicaţiilor din domeniile: agricultură,

construcţii, echipamente industriale şi auto.

Produsele RAAL au aplicaţii în domeniile: off-road, auto, vehicule comerciale,

industrie, construcţii, minerit, agricultură şi forestier.

Avantajele sistemelor de răcire executate de această firmă sunt:

a) Sistemele de răcire sunt de înaltă performanță pentru că pot fi concepute

utilizând schimbătoare de căldură în variante constructive: plăci și bare,

tuburi sudate, shell, în funcție de specificul aplicatiei;

b) De asemenea, RAAL a dezvoltat sisteme care au în componența lor

schimbătoare de căldură cu circulația fluidelor în contracurent, în varianta

4

constructivă cu plăci, eventual cu circuite auxiliare, caz în care sunt

posibilități multiple de configurare a sistemelor;

c) Reducerea costurilor de asamblare la client;

d) Responsabilitatea completă pentru întregul sistem de răcire.

e) Dezvoltarea produselor se face într-un timp foarte scurt, prin utilizarea soft-

urilor de simulare și testare imediată în facilitățile proprii.”[13]

Figura1. Răcitoare şi radiatore fabricate de RAAL

Toate produsele sunt fabricate în conformitate cu standarde înalte de calitate şi

sunt verificate în facilităţile proprii de cercetare şi testare.

Componenţa sistemelor de răcire

Radiatoare de apa

Racitoare de ulei (pentru motor , hidraulic si transmisii)

Racitoare de aer

Racitoare de combustibil

Condensatoare

Structuri metalice, inclusiv hote si grilaje de protecţie

Ventilatoare, motoare hidraulice, motoare electrice, supape şi alte componente

Avantajele sistemelor de racire executate de RAAL

Sistemele de răcire sunt de înaltă performanţă pentru ca pot fi concepute utilizînd

schimbatoare de căldura în variante constructive: placi si bare, tuburi sudate, shell,

functie de specificul aplicaţiei.

5

Reducerea costurilor de asamblare la client

Responsabilitatea completa pentru întregul sistem de răcire

Dezvoltarea produselor se face într-un timp foarte scurt prin utilizarea softurilor de

simulare si testarea imediata in facillităţile proprii.

2.2.Răcitoare de ulei

„Răcitoarele de ulei sunt unele dintre cele mai uzuale schimbătoare de căldură.

În funcţie de scopul şi domeniul pe care îl deservesc, soluţia constructivă sau

agentul de răcire, gama răcitoarelor de ulei este una foarte diversă.”

La RAAL se realizează răcitoare de ulei de diverse tipuri: în construcţie “plăci

şi bare” (ulei-aer), “shell”(ulei-aer), cu circulaţie în cotracurent, tip “in-tank” (ulei-apă),

construcţie cu tuburi sudate.

2.2.1. Clasificarea răcitoarelor de ulei

După domeniul de aplicaţie:

auto – răcitoare de ulei hidraulic, de transmisie sau răcire combustibil;

aplicaţii industriale – instalaţii hidraulice, transformatoare, instalaţii aer

comprimat.

6

După destinaţie:

răcitoare de ulei de transformator;

răcitoare de ulei hidraulice;

răcitoare de ulei de motor;

răcitoare de combustibil, etc.

Aceste tipuri de răcitoare diferă foarte mult atât prin tipul uleiului cât şi prin

domeniul de temperaturi şi presiuni în care funcţionează deci diferă mult ca soluţie

constructivă.

După soluţia constructivă:

răcitoare tip plăci şi bare;

răcitoare tip tuburi şi aripioare;

răcitoare tip shell;

răcitoare cu tuburi extrudate;

răcitoare cu plăci (casete).

După tipul agentului termic secundar (de răcire):

răcitoare de ulei răcite cu aer;

răcitoare de ulei răcite cu apă (întâlnite în general în domeniul auto).

Condiţiile de testare a răcitoarelor sunt în general specificate de către client şi

sunt în raport cu condiţiile de funcţionare.

Se pot efectua diverse teste:

teste de presiune statică (de ex. 14 bar presiune statică);

teste de presiune pulsatorie (de ex. 1000000 cicluri la 0-16 bar);

teste de presiune de spargere (de ex. 40 bar);

teste de vibraţii;

teste de ciclu termic;

teste de curăţenie, etc.

Aceste tipuri de teste sunt comune şi altor tipuri de răcitoare (radiatoare,

răcitoare de aer de supraalimentare, răcitoare de aer comprimat, condensatoare, etc.)

7

Răcitoarele de ulei tip “shell” reprezintă o soluţie bună în ceea ce priveşte

obţinerea unor performanţe termice ridicate şi reducerea căderilor de presiune utilizând

o construcţie compactă, robustă şi foarte uşoară.

Răcitoarele de ulei au la bază semicasete shell, realizate prin ștanțare

ambutisare și calibrare, aceste celule având o gamă largă de tipo-dimensiuni.

Construcţia permite poziţionarea racorzilor deasupra sau dedesubtul răcitorului

sau lateral, sub orice unghi. Astfel se câștigă mai mult spaţiu în ansamblul în care se va

monta răcitorul.

Figura2.2.1 Variantea constructiva pentru răcitoare de ulei cu semicasete (shell)

Trei exemple de răcitoare “shell” se află anexate (Anexele 1-10). Exemplele

conțin desene de ansamblu și desen de execuție pentru semicasetă.

Sfera lor de aplicaţie cuprinde motoare, sisteme de transmisie ,

transformatoare, răcitoare de combustibil, sisteme hidraulice. .Soluţia permite

optimizarea performanţelor termice şi fluido-dinamice prin utilizarea de aripioare de aer

şi / sau turbulatori diferiţi.

De obicei răcitoarele tip shell sunt realizate în întregime din aluminiu, prin

brazare în ansamblu, obţinând un produs complet fără alte operaţii suplimentare.

Intrarea uleiului se face prin unul din racorzi, acesta traversând apoi prin canale

de-a lungul răcitorului până în capătul opus, ieşirea lui făcându-se prin cel de-al doilea

8

racord.Aerul de răcire trece prin turbulatorii de aer, răcind astfel uleiul. Canalele de aer

şi cele de ulei alternează.

Figura2.2.1.1 Răcitor ulei de tip “shell” – componenţă şi funcţionare

2.2.2 Noţiuni constructive

Principala calitate a răcitoarelor RAAL de tip “shell” este construcţia modulară

şi flexibilitatea în alegerea înălţimii şi tipului de aripioară de aer, precum şi a tipului

turbulatorului de ulei:

se pot folosi diferite înălţimi de aripioare : 5 .. 12 mm;

se pot utiliza diferiţi paşi ai aripioarei : 3,5 .. 8 mm;

se pot utiliza diferite tipuri de aripioare : “louvered” sau “wavy”;

tipul conexiunilor se poate modifica în funcţie de aplicaţie: BSP, Metric, JIC;

dispunerea conexiunilor poate fi: laterală, superioară, frontală, înclinată sub

orice unghi;

elementele de fixare se pot modifica în funcţie de necesitatea clientului;

dimensiuni maxime de gabarit : 700 x700 x 95mm.

În general validarea răcitoarelor tip “scoică” se face pe baza testelor de

spargere şi de performanţe.

Se alege un astfel de produs dacă:

se doreşte obţinerea unei construcţii compacte, foarte uşoară, care să asigure o

rezistenţă mărită a racorzilor la solicitări mecanice;

9

sunt necesare un transfer termic mare raportat la masa răcitorului şi presiune de

lucru de până la 30 bar.

De obicei, elementele componente ale unui răcitor de ulei tip “shell” sunt:

a) semicasetă de capăt sau perete lateral;

b) semicasetă;

c) aripioară aer;

d) aripioară ulei;

e) distanţier aer;

f) potcoavă;

g) potcoavă capăt;

h) racord

Figura 2.2.1. Structură răcitor “shell”

2.2.3.Semicasetele

Semicasetele sunt repere prin intermediul cărora se formează canalele de ulei.

Două semicasete lipite formează un canal, asemănător cu o structură gen scoică. În

interiorul canalului de ulei se află turbulatorul de ulei și potcoavele. Astfel,fluidul trece

dintr-o parte în alta prin acest canal.

10

Figura2.2.3.1 Secțiune canal ulei

2.2.3.1 Caracteristicile semicasetelor

Semicasetele se realizează în general din folie de aluminiu cu grosime 0,6mm.

Materialul recomandat pentru realizarea lor este EN AW-3003/2xEN AW-4045.

Semicasetele se lipesc (brazează) una de alta în zona bordurărilor de pe contur,

de aceea trebuie avută grijă la calitatea suprafețelor acestor bordurări (planeitate,

suprafață plană suficientă, fără zgârieturi sau lovituri).

Perforările din semicasetă se realizează cu răsfrângere, astfel încât să asigure

suprafața de brazare cu distanțierul de aer tip țeavă.

2.2.3.2 Clasificarea semicasetelor

În funcție de lățimea semicasetei, răcitoarele “shell” se clasifică în 4 categorii.

În fiecare categorie există o gamă de dimensiuni tipizate în fucție de distanța dintre

racorzi. Pentru aceste game de dimensiuni tipizate există SDV-istică RAAL.

Se pot realiza însă răcitoare și de alte dimensiuni cerute de client dacă se

proiectează și se execută SDV-uri noi, dar acestea implică și costuri suplimentare.

a) Semicasete tip A – lățime 50 mm

Tip A

Lățime semicasetă 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50

11

Distanță între racorzi 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

Lungime totală semicasetă 158 183 208 233 258 283 308 333 358 393

Domeniul de utilizare:

- presiunea de lucru recomandată este de 10 bari;

- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni

putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 17

bari.

Răcitoarele tip A încep cu canal de ulei și se termină tot cu canal de ulei.

Canalele de aer și ulei alternează între ele.

Semicasete tip B,C,D – lățimi 45mm, 65mm, respectiv 95mm

Tip B, C, D B C D

Lățime semicasetă 45 45 45 45 45 45 65 65 65 65 95

Distanță între racorzi 239 289 339 389 439 489 439 489 539 589 659

Lungime totală semicasetă 248 334 384 434 484 534 492 542 592 642 737

Domeniul de utilizare:

- presiunea de lucru recomandată este de 17 bari;

- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni

putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 25

bari.

Răcitoarele tip B, C, D încep cu canal deaer și se termină tot cu canal de aer.

Canalele de aer și ulei alternează între ele.

b) Semicasete tip E – lățime 32 mm

Tabelul 2.2.3.2.3 Semicasete de tip E

Lățime semicasetă 32 32 32 32 32 32 32 32

Distanță între racorzi 200 220 225 250 280 375 403 440

Lungime totală semicasetă 232 252 257 282 307 407 435 472

12

Domeniul de utilizare:

- presiunea de lucru recomandată este de 10 bari;

- prin modificarea structurii răcitorului, în aceeași gamă de tipo-dimensiuni

putem realiza răcitoare adecvate pentru presiune de lucru de pănă la 17

bari.

Răcitoarele tip A încep cu canal de aer și se termină tot cu canal de aer.

Canalele de aer și ulei alternează între ele.

2.4.Elaborarea tehnologiei de fabricare a radiatorului

2.4.1 Conditii tehnice, materiale si semifabricate

Conditii tehnice la execuţia discului, în legatura cu precizia de prelucrare condiţiile

tehnice se refer la următoarele:

- precizia formei suprafeţelor plane de bazare (planeitatea şi rectilinitatea suprafeţelor în

direcţii determinate);

- precizia poziţiei suprafeţelor plane de bazare (intr-un plan, in plane paralele sau

perpendiculare);

- precizia distanţelor dintre suprafeţele plane paralele între ele;

- precizia diametrelor şi formei alezajelor principale;

- precizia coaxialităţii alezajelor principale dispuse într-un singur perete sau în pereţi

paraleli;

- precizia paralelismului sau perpendicularitatii relative a axelor alezajelor principale,

precum şi între acestea şi suprafeţele plane;

- precizia dimensiunilor şi poziţiei găurilor pentru elemente de asamblare.

Referitor la rugozitatea suprafeţelor, condiţii mai deosebite se impun alezajelor

principale unde rugozitatea are valori mici.

La stabilirea condiţiilor tehnice se va avea în vedere particularităţile constructive si

funcţionale precum şi factorul economic.

13

Materiale. Pentru fabricarea radiatoarelor o mare utilizare o are aluminiul iar la unele

automobile aliajele, deoarece satisface în bună măsură cerinţele functional-constructive cât şi

cele economice.

Semifabricatele. Radiatoarele în majoritatea cazurilor se execută prin turnare, în unele

cazuri prin metode combinate.

Alegerea corecta a semifabricatului presupune din punct de vedere tehnologic, ca pe

baza studiului documentaţiei tehnice din proiectul de execuţie precum şi a datelor primare

puse la dispoziţie, tehnologul să stabilească :

- forma semifabricatului;

- metoda şi procedeul prin care urmează să fie obţinut;

- mărimea şi distribuţia adaosurilor de prelucrare;

- precizia dimensiunilor şi formei.

Se obţin piese semifinite cu precizii înalte de 2040 µm / 100 mm şi suprafeţe cu

rugozităţi Ra=0,86,3 µm; volumul de prelucrari mecanice (doar gauri sub 2 mm sau neteziri)

se reduce, iar proprietăţile de rezistenţă mecanică şi fineţea structurii aliajului se

îmbunătăţesc.

Radiatoarele se mai pot turna şi în forme metalice la presiune normală, acest procedeu

permite obţinerea unor piese cu precizie mai ridicată decat in cazul formării mecanice cu

turnarea în forme de nisip, consumurile materialelor de formare cresc cu 5070 %, adaosurile

de prelucrare se micşorează.

Dupa alegerea variantei optime de obţinere a semifabricatului şi producerea lui in

secţii tehnologice trebuie supus urmatorului ciclu de operaţii :

curăţirea semifabricatului;

îndepărtarea, tăierea, tratamentul termic.

14

2.4.2 Procesul tehnologic de prelucrare mecanica

Prin bazare se întelege orientarea semifabricatului pe maşina-unealta sau in dispozitiv,

adica a suprafeţei de prelucrat în raport cu traiectoria muchiei aşchietoare, ţinând seama de

condiţiile impuse prelucrării.

Etapele principale ale procesului tehnologic

Particularităţile constructive ale discului impun un proces tehnologic complex de prelucrare

mecanica pe maşini-unelte specializate.

La prelucrarea mecanica a radiatorului, se disting urmatoarele etape :

alegerea şi prelucrarea suprafeţelor de baza;

rectificare de finisare a găurilor;

Progresele tehnologice rapide existente în fiecare domeniu au făcut ca radiatoarele de

aluminiu brazate să devină o altermativă viabilă celor clasice din cupru.

Radiatoarele din aluminiu se fabrică prin procedeul:

brazare: in vid sau Nocolok

Acest procedeu a fost descris anterior fiind comun si radiatoarelor din cupru si celor

din aluminiu.

Procedeul prin brazare a unui radiator din aluminiu are o arie foarte mare de

răspandire. Brazarea corpului de răcire format din aripioare si tub se poate realiza în vid

cu flux discontinuu sau cuptoare Nocolk cu flux continuu sau discontinuu. In ambele

cazuri temperatura şi atmosfera sunt controlate cu precizie. La ambele procedee de

fabricaţie se folosesc materiale aluminiu placate cu două straturi pe metalul de baza.

Primul strat înlocui piesele clasice din cupru cu cele din aluminiu, acestea fiind în ciuda

aparenţelor mai robuste fiabile şi cu un schimb termic foarte bun.

Prin brazare Nocolok se fabrică radiatoare de apă , de încălzire, de ulei,

intercoolere, radiatoare combinate apa/ulei sau aer/ulei (combicoolere), condensoare

pentru aer conditionat , calorifere.

15

Radiatoarele din aluminiu doteaza autoturismele (cu radiatoare de apă, încălzire,

aer condiţionat, intercoolere, radiatoare de ulei) autocamioanele, tractoarele, combinele,

locomotivele compresoarele , grupuri staţionare motocicletele si ATV-urile.

Referitor la costuri, radiatoarele brazate din cupru cu tub de 0,085mm şi aripioare

de 0,030mm au 10,03 dolari /kg de radiator iar cele din aluminiu cu tub de 0,32mm si

aripioara de o,10 mm au 11,2 dolari /kg de radiator.

16

Capitolul 3

Coroziunea aluminiului

3.1.Comportamentul aluminiului la coroziune

Aluminiul si aliajele sale este utilizat pe scara larga in industria auto mai ales la

fabricarea schimbatoarelor de caldura deoarece are cateva calitati foarte bune si anume:

plasticitate foarte mare, conductibilitate termica ridicata, rezistenţa mare la coroziune în aer,

apa şi acizi organici. Astfel atat matricea,aripioarele cat si colectorii unui schimbator de

caldura sunt confectionati din aluminiu la care se mai adauga elemente de aliere. Aluminiul,

deşi este un metal foarte reactiv din punct de vedere termodinamic, are o excelenta rezistenţă

la coroziune datorată stratului subţire de oxid de aluminiu puternic legat de suprafaţa sa şi

care acţionează ca o barieră protectoare. Acest strat de oxid este relativ inert şi tinde să reziste

oxidărilor. Totuşi, filmul de oxid de aluminiu poate fi dizolvat în prezenţa anumitor specii

chimice, fapt ce poate duce la aparitia unor puncte de coroziune care ar putea avea drept efect

chiar strapungerea aripioarelor si in consecinta a matricii si chiar a colectorilor (figura 4).

ruptura

Figura.4. Fisuri de coroziune sub tentsiune la aliajele de aluminiu

3.1.1. Rolul elementelor de aliere

In afara de deformabilitatea la rece, care scade, proprietatile de rezistentă ale

aluminiului se îmbunatatesc substantial prin adăugarea unor elemente de aliere în anumite

limite, obtinandu-se astfel o gama variata de aliaje deformabile. In functie de concentratia

elementelor de aliere şi caracteristicile aliajelor de aluminiu , acestea se pot clasifica în:

17

- aliaje cu magneziu care contin 0,45...2,8 % Mg, 0,15...1,6 % Mn şi 0,2...0,6 % Cu

pentru aliajele din grupele Al-Mg şi Al-Mn, aliaje deformabile moi sau plastice cu Rm =

100...300 MPa şi A = 10...20 %;

- aliaje cu cupru care contin 1,8...5,2 % Cu; 0,4...1,8 % Mg; 0,3...1,0 % Mn şi diferite

adausuri de Ni, Fe şi Si, aliaje considerate cu duritate şi plasticitate medie (Rm = 240...480

MPa şi A = 12 %);

- aliaje cu zinc care contin 6...8,6 % Zn; 1,7...4,8 % Cu; 0,4 ... 3,2 % Mg; 0,2...1,0 %

Mn şi mici adausuri de Cr (0,1...0,25 %), aliaje considerate cu duritate ridicată şi plasticitate

scazuta (Rm = 450...700 MPa, A = 5...10 %, acestea fiind proprietati similare cu ale unor

oteluri.

In aliajele de aluminiu elementele de aliere Mg, Si, Cu, Mn şi Zn formeaza solutii

solide cu aluminiul, îmbunatatindu-i substantial tenacitatea. Cand continutul elementelor de

aliere este scazut, solutiile solide obtinute sunt stabile la orice temperatura, iar cresterea

caracteristicilor mecanice este moderata. La procente mai ridicate ale elementelor de aliere,

solutiile solide obtinute sunt metastabile la temperatura ambiantă şi, în consecintă, aliajele pot

fi durificabile structural prin precipitarea din solutia solida a unor compusi care conduce la o

crestere importanta a rezistentei aliajului, dar în detrimentul plasticitătii care scade. Rezulta

deci ca aliajele de aluminiu se pot clasifica şi din acest punct de vedere în aliaje durificabile si

nedurificabile prin tratamente termice (călire+revenire). Din grupa aliajelor nedurificabile

prin tratament termic fac parte aliajele din sistemele Al-Mn; Al-Mg şi Al-Mn-Mg.

Din cele peste douazeci de elemente care se pot găsi în aliajele de aluminiu nici unul

nu se dizolvă complet în solutia solida de aluminiu. Unele dintre elementele de aliere se

dizolva în masura suficient de mare în solutia solida de aluminiu, dar odata cu micsorarea

temperaturii solubilitatea lor scade, ceea ce permite supunerea aliajelor de aluminiu

tratamentelor termice de calire şi imbătranire. In această categorie de elemente de aliere intra

Cu, Mg, Si, Zn, Ag, Ge şi Li, care durifică aluminiul prin formarea unor solutii solide dure.

Aluminiul se aliază uşor şi cu alte elemente ca Br, Cr, Fe, Mn, Ni, Ti şi Zr formand

faze putin solubile sau complet insolubile în matricea de aluminiu. Aceste faze pot mari

rezistenta şi duritatea aliajului la temperaturi ridicate micşorează granulatia dar, în acelaşi

timp, micşoreaza şi plasticitatea.

Cuprul este principalul element de durificare a aliajelor speciale de aluminiu, ca

urmare a formării compusului CuAl2. Concentratia cuprului în aliajele de tip duraluminiu nu

18

depăşeşte în general 5%. Creşterea continutului de cupru conduce la creşterea rezistetei

mecanice, dar scade continuu plasticitatea şi rezistenta la coroziune a aliajului. Plasticitatea

scade ca urmare a fragilitătii compusului CuAl2 .

Siliciul în aliajele deformabile de aluminiu se introduce într-o proportie de 0,5...1,2 %.

La concentratii mai mari proprietătile mecanice ale aliajelor nu cresc simtitor însă plasticitatea

scade foarte mult .

Zincul este unul dintre principalele elemente durificabile în aliajele de aluminiu

speciale cu rezistenta mecanică înaltă, prin formarea compusului Al2Zn3 care are un efect de

durificare superior celorlalti compuşi. Concentratia zincului în aliajele speciale de aluminiu

deformabile este de 6...8%. Peste aceste valori creşterea concentratiei de zinc nu se

recomandă, ca urmare a scăderii foarte accentuată a plasticitătii şi rezistentei la coroziune a

aliajului.

Manganul se adaugă în aliajele de aluminiu mai ales pentru mărirea rezistentei la

coroziune a acestora. Însă influenta sa dăunătoare asupra plasticitătii limitează concentratia

manganului la maxim 1,2%. Manganul are şi rolul de a înlătura influenta dăunătoare a fierului

în aceste aliaje. De asemenea, manganul măreşte temperatura de recristalizare a aliajelor de

aluminiu şi micşorează sensibilitatea la creştere a grăuntilor.

In ceea ce priveşte oxigenul, acesta se găseşte în aluminiu şi aliajele sale sub formă de

incluziuni nemetalice de Al2O3 care, la o concentratie ridicată formează pelicule

intergranulare, micşorând plasticitatea şi producând şi stratificarea materialului în timpul

procesului de deformare . Densitatea aliajelor de aluminiu este mărită de Cr, Cu, Fe, Mn, Ni,

Ti şi Zn, iar elemente ca Mg, Li şi Si micşorează densitatea aliajelor.

Dilatarea termică în functie de concentratia elementelor de aliere, de asemenea are o

variatie practic liniară. Astfel, elemente de aliere ca Mg şi Zn măresc coeficientul de dilatare,

iar Ni, Fe, Cu, Si, Mn şi Cr micşorează acest coefficient.

3.1.2.Prevenirea coroziunii aluminiului si aliajelor sale

Coroziunea este o reactie chimica, electrochimica sau biochimica sub actiunea

mediului inconjurator prin care o substanta este distrusa, dizolvata sau micsorata partial sau

19

complet. Termenul coroziune este in special folosit pentru a defini actiunea treptata asupra

metalelor a unor agenti naturali, cum ar fi aerul sau apa sarata.

Unele metale, cum ar fi aluminiul, chiar daca sunt foarte active din punct de vedere

chimic, nu prezinta urme de coroziune sub conditii normale de atmosfera. De fapt, aluminiul

se oxideaza repede,si un strat subtire, continuu si transparent de oxid se formeaza pe metal,

protejandu-l de la o extindere rapida a ruginei.

Coroziunea in pitting se dezvolta in toate mediile natural sub forma de cavitati in

adancimea materialului. Conditiile initierii si propagarii pitting-ului sunt bine cunoscute chiar

daca acesta este un fenomen foarte complex si mecanismul nu este complet definit.

Pt aliajele de aluminiu coroziunea in spatii inguste este in esenta o manifestare

particulara a coroziunii in pitting. Aciditatea mediului coroziv prins in cavitati interzice in

acest caz distributia omogena a pittingului iar coroziunea este concentrata intr-un singur

punct de penetrare.Aliajele de cupru sunt relative rezistente la aceasta forma de

coroziune.Partile anodizate asigura adesea o rezistenta destul de mare la coroziune.

Anodizarea permite de asemenea si producerea unui strat de suprafata dur de natura

dielectrica si esthetic colorat.

Deoarece aluminiul nu prezinta probleme de coroziune in conditi normale ne vom

indrepta atentia asupra efectului mediului coroziv deoarece in acest caz aluminiul este expus

procesului de coroziune. “O buna rezistenta la coroziune” presupune faptul ca aluminiul poate

fi folosit in mod durabil fara protectie de suprafata. In functie de agresivitatea conditiilor de

mediu modul de utilizare trebuie sa tinem cont de limita pe care o atinge aluminiul si aliajele

sale pentru a putea preveni degradarea. Exista diferite mijloace de prevenire a coroziunii care

se concentreaza fie pe material fie pe mediul coroziv dupa cum vedem in figura 5.

In cazul schimbatoarelor de caldura pe care vrem sa analizam efectul coroziunii vom

merge in capitolele urmatoare pe utilizarea unui inhibitor de coroziune.

20

Figura 5. Moduri de prevenire anticoroziva a aliajelor de aluminiu

3.2.Concluzii

Utilizarea aluminiului in industria auto este de circa 80% in ultimi 5 ani. Dintr-un total

de 110 kg de aluminiu/ automobil in anul 1996 va deveni 250 sau 340 in 2015. In materie de

siguranta aluminiul are un atu foarte important, deoarece prezintă o excelenta capacitate de

absorbtie a energiei in timpul coliziunilor.

Coroziunea este una dintre principalele probleme pe care le intampina industria auto si

anumea constructia schimbatoarelor de caldura iar din acest motiv ne-am propus ca in aceasta

lucrarea sa studiem comportamentul aliajelor de aluminiu AW 3003(AlMn1Cu/H14) la

coroziune.

Schimbatorul de caldura este un echipament de transfer termic, care transmite căldura

de la un mediu la altul. Pentru realizarea unor schimbatoare de caldura cu performatii termice

Prevenirea coroziunii

Tratament de

Suprafata

Modificarea

mediului

coroziv

Optimizarea unui

al tip de material

Inhibitori

Protectie catodica

21

si fluido-dinamice ridicate, agentii termici trebuie sa aiba conductivitate termica,capacitate

termica masica, si masa specifica cat mai mare in timp ce vascozitatea sa fie cat mai mica.

Apa atat in stare lichida cat si sub forma de abur indeplineste cele mai multe conditii cerute

unui agent termic ideal.

Aluminiul, deşi este un metal foarte reactiv din punct de vedere termodinamic, are o

excelenta rezistenţă la coroziune datorată stratului subţire de oxid de aluminiu puternic legat

de suprafaţa sa şi care acţionează ca o barieră protectoare.

In afara de deformabilitatea la rece, care scade, proprietatile de rezistentă ale

aluminiului se îmbunatatesc substantial prin adăugarea unor elemente de aliere în anumite

limite, obtinandu-se astfel o gama variata de aliaje deformabile.

Diferitele mijloace de prevenire a coroziunii se concentreaza fie pe material fie pe

mediul coroziv.

22

Bibliografie 1. E.VERMESAN, I. MURESAN ,Coroziune si protective anticoroziva,UT Cluj

,1995

2. http://www.mder.gouv.qc.ca/commerce-exterieur/fiches/aluminium-France.html

3. V.BRANZOI,F.BRANZOI, Consideratii generale asupra coroziunii aluminiului si

aliajelor sale in diferite medii –Bucarest 2004.

4. Brosura RALL