Postęp techniki, zwłaszcza w dziedzinie konstrukcji samolotów, rakiet oraz aut, spowodował wzrost popytu na stopy konstrukcyjne o niewielkim ciężarze właściwym. Stopami, które nadążały za rosnącymi wymogami, są stopy aluminium 2,7 G/cm3 oraz magnezu (c. wł. 1,7 G/cm3) często nazywane stopami metali lekkich.
Cechy mechaniczne tych stopów opiniuje się proporcją wytrzymałości na rozciąganie do ciężaru właściwego, nazywaną wytrzymałością ciężarową, zapewniającą porównanie różnorakich tworzyw konstrukcyjnych. Dobór stopu zależy także od jego udarności, wytrzymałości zmęczeniowej, ciągliwości, podatności na działanie karbu, odporności na korodowanie oraz jego ceny. Dodatkowo w konstrukcjach dużą wagę ma sztywność, będąca uzależniona od modułu sprężystości np.: jeśli założymy, że wartość sztywności stalowej belki wynosi 100% to ten sam parametr w utwardzonym wydzieleniowo duraluminium osiągnie wartość 33%, natomiast stopu magnezu także w stanie obrobionym termicznie tylko 22%.
Stopy Al-Si
Stopy aluminium składają się z dwóch lub więcej składników, co jest związane z ich właściwościami technologicznymi. Rozróżnia się stopy odlewnicze i przerabialne plastycznie.
Tym pierwszym rodzajem są stopy aluminium z krzemem. Zazwyczaj są to stopy posiadające skład eutektyczny, ponieważ mają wtedy niską temperaturę topnienia, niezłą lejność oraz niewielki skurcz odlewu. Najczęściej spotykane są dwuskładnikowe stopy aluminium z krzemem, nazywane siluminami. Dzieli się ze względu na zawartość krzemu:
- podeutektyczne, o zawartości Si 4-10% ,
- eutektyczne, o zawartości Si 10-13% ( np. AlSi11),
- nadeutektyczne, o zawartości 17-30% Si.
Wymienione skrajne odmiany siluminów są zazwyczaj wieloskładnikowe, prócz Si mają dodatki tj., magnez, mangan, nikiel, magnez czy bardzo często występująca miedź (np. AlSi21CuNi, AlSi5Cu1), dzięki czemu można je poddawać obróbce termicznej (przesycanie i starzenie) powiększając ich wytrzymałość. Z wykresu równowagi fazowej Al-Si odczytać można, że przy zawartości 11,6% Si stopy Al-Si krzepną jako eutektyczne stopy. Wyróżniają się one dobrymi właściwościami odlewniczymi, nie uwidaczniają się u nich tendencje do pękania na gorąco. Mieszanina eutektyczna utworzona jest z gruboiglastych kryształów składających się z roztworu β (niemal czysty Si) wraz z dodatkiem kryształów roztworu stałego α . W nadeutektycznych stopach pojawiają się na tle eutektyki pokaźne, pierwotnie wydzielone, kryształy β o ostrych kątach.
Zaś w podeutektycznych widzimy w tle roztworu stałego alfa, rozetkowate wydzieliny mieszaniny eutektycznej (alfa + beta). Obecność sporych, ostrokątnych kryształów beta (niemal czysty Si) w stopach eutektycznych eutektycznych oraz nadeutektycznych oddziałuje niekorzystnie na ich właściwości mechaniczne. Poprzez dodanie do stopu eutektycznego zaraz przed jego odlaniem niewielkiej ilości Na lub soli Na (tzw. operacje modyfikująca), skład eutektyki zostaje przesunięty do wyższego stężenia Si, tj. w przybliżeniu 13%, natomiast temperatura przemiany eutektycznej zmniejsza się do 564oC, co powoduje, że takie stopy są o budowie charakterystycznej w stopach podeutektycznych (w tle stałego roztworu alfa, drobnoziarnista eutektyka alfa+beta).
Siluminy nadeutektyczne ulepszane są fosforem, dlatego ich strukturę charakteryzuje eutektyka alfa+beta wraz z niewielkimi drobinkami wydzielonego w sposób dyspersyjny roztworu β. Siluminy odznaczają się dobrymi właściwościami odlewniczymi, wyróżnia je mały skurcz i znaczna rzadkopłynność, dzięki czemu ułatwione jest wykonywanie cienkościennych produktów. W dodatku będąc stopami eutektycznymi krzepną przy stałej temperaturze, nie uwidaczniając żadnych tendencji do segregacji. Jeśli siluminy nie są zanieczyszczone, szczególnie żelazem, mają wysoką odporność na korozję atmosferyczną. Odznaczają się również dobrą odpornością na działanie wód mineralnych, wody morskiej, ale także amoniaku, sodu czy kwasu azotowego (stężonego bądź rozcieńczonego).
Siluminy podeutektyczne wykorzystywane są przede wszystkim na złożone i obciążone odlewy elementów maszyn, statków, silników itp. Natomiast nadeutektyczne są stopami używanymi do produkcji głowic oraz tłoków do napędów spalinowych, ponieważ charakteryzują się niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplej oraz wysoka odpornością na ścieranie.
