En av de vanligaste metallerna på jorden är aluminium. Det kallas också "flygande metall". Även om den inte finns i naturen i sin rena form, kan den finnas i många mineraler. Och den vanligaste legeringen, som används för att tillverka många delar och strukturer, är duralumin (duralumin).
Den uppfanns av den tyske vetenskapsmannen Alfred Wilm, som arbetade på Dürener Metallwerke AG-fabriken (Düren). Han fastställde att en legering av aluminium och koppar har mycket bättre egenskaper än själva metallen i sin rena form.
Höghållfast legeringsgrupp
Duralumin är faktiskt en hel grupp legeringar där huvudkomponenten är aluminium och dess legeringselement är koppar, zink, mangan, magnesium. Men i allmänhet bestäms deras egenskaper inte bara av sammansättningen utan också av värmebehandlingsmetoden. År 1903 upptäcktes först att under åldringsprocessen, en aluminiumlegering medkoppar blir ännu mer hållbar och hård.
Som det visade sig senare beror detta på det faktum att när metallen efter härdning är i rumstemperatur i flera dagar sönderdelas dess övermättade fasta lösning, och detta i sin tur åtföljs av härdning av materialet.
Åldringsprocessen och återgå till det tidigare tillståndet
Som tidigare nämnts är metallåldring en viktig process, som orsakas av strukturella transformationer som orsakar förändringar i fysikaliska och mekaniska egenskaper. Det kan vara naturligt och konstgjort. I det första fallet hålls legeringen i flera dagar i rumstemperatur.
Med artificiell åldring minskar bearbetningstiden, men temperaturen höjs. För att återställa legeringen till dess tidigare tillstånd måste den värmas till 270 grader i några sekunder och sedan snabbt kylas.
Aluminiumproduktion
För att göra en legering av aluminium med koppar behöver du högteknologisk utrustning och, naturligtvis, själva metallen. Det bryts från bauxit. Detta är en sten som måste krossas, tillsättas vatten och ångas under högt tryck. Således separeras kisel från aluminiumoxid. Sedan placeras den tjocka massan i ett speciellt bad med rätad kryolit. Innehållet värms upp till 950 °C och en elektrisk ström på 400 kA leds genom det.
Detta låter dig bryta bindningen mellan syre- och aluminiumatomerna. Som ett resultat av detta lägger sig den senare till botten som en flytande metall. Så här tillverkas gjutgods av flytande aluminium. Nu metallhelt redo för bearbetning. Men för att öka dess hållfasthet är det nödvändigt att lägga till legeringselement till den och på så sätt erhålla en högkvalitativ aluminium-kopparlegering.
Duraluminproduktion
Tot alt är alla aluminiumlegeringar indelade i två grupper: gjutna och deformerade. Processen för deras produktion beror exakt på vilken typ som ska erhållas i slutändan. Dessutom beror tillverkningsmetoden också på de nödvändiga egenskaperna.
För tillverkning av duralumin smälts aluminiumtackor i en elektrisk ugn. Intressant nog är detta en av få metaller som kan omvandlas från fast till flytande och vice versa många gånger. Detta kommer inte att påverka dess prestanda. Koppar och andra legeringsämnen som mangan, järn och magnesium tillsätts i sin tur till smält aluminium. Det är mycket viktigt att observera det procentuella förhållandet: 93 % aluminium, 5 % koppar, de återstående 2 % är andra legeringselement.
Härdning och glödgning av duralumin
Obligatoriskt för en sådan legering är härdningsprocessen. Hålltiden för små delar är bara några minuter, och temperaturen är cirka 500 °C. Omedelbart efter proceduren är duralumin mjuk och trögflytande. Det är lätt att deformera och bearbeta. Efter en tid härdar legeringen och dess mekaniska egenskaper ökar. Om temperaturtröskeln överskrids uppstår oxidation och materialet förlorar sina egenskaper. Efter härdning måste den långsamt kylas i kallt vatten.
Så du vet redan namnet på aluminium-kopparlegering. Det lämpar sig ofta för deformation: kallvalsning, dragning, smide. I detta fall uppstår den så kallade härdningen. Detta är en process under vilken rörelse och multiplikation av dislokationer sker i metallstrukturen. Som ett resultat ändrar legeringen själv sin struktur, blir hårdare och starkare. Detta minskar dess duktilitet och slaghållfasthet. För att deformationerna lättare ska passera och arbetshärdningen inte förstör metallen används glödgning. För att göra detta värms legeringen upp till 350 ° C och kyls sedan i luft.
Diagram över legeringens tillstånd (aluminium och koppar)
För att tydligast beskriva växelverkan mellan komponenterna i duralumin i fast och flytande tillstånd, samt för att förklara karaktären av förändringen i legeringens egenskaper, använd tillståndsdiagrammet.
Det kan ses av den att den högsta lösligheten av Cu i en legering med aluminium observeras vid en temperatur av 548 ° C och samtidigt är den 5,7 %. När temperaturen stiger kommer den att öka, och när den sjunker kommer den att minska. Minimal löslighet (0,5%) kommer att observeras vid rumstemperatur. Om duraluminen härdas över 400 °C blir den en solid homogen lösning - α.
Under denna process kommer den fasta lösningen att sönderdelas. En legering av aluminium och koppar beter sig mycket ovanligt, vars formel är CuAl2. Processen åtföljs av frisläppandet av överskottsfas A1. Denna nedbrytning sker underlänge sedan. Detta är det naturliga åldrandet vi nämnde tidigare.
legeringsegenskaper
Legering av en metall med vissa element gör det möjligt att öka dess egenskaper. Kommer du ihåg namnet på aluminium-kopparlegering? Vilka egenskaper har den?
Aluminium i sig är väldigt lätt, mjukt och helt ömtåligt. Det är lösligt i svagt koncentrerade alkalier och syror. Genom att tillsätta koppar och magnesium till aluminium kan du redan få en ganska stark legering. Dess prestanda är ganska lätt att förbättra - du behöver bara låta den ligga i rumstemperatur. Så effekten av åldrande ökar styrkan hos duralumin, som vi pratade om ovan.
Aluminium i sig är ganska lätt. En liten andel koppar gör inte legeringen tyngre. En annan positiv egenskap är förmågan att upprepade gånger smälta om legeringen. Samtidigt kommer den inte att förlora sina egenskaper. Det enda som behövs är att ge den en "vila" i ett par dagar efter gjutningen.
Nackdelen med duralumin är dess låga korrosionsbeständighet. Därför är sådant material oftast täckt med ett rent lager av aluminium eller målat med lacker och färger.
Aluminiumlegeringar och deras tillämpningar
För första gången användes duralumin för att tillverka luftskepp. Lättheten och styrkan hos detta material gjorde det möjligt att skapa ett utmärkt flygplan. För detta användes märket D16t. För närvarande används legeringar med aluminium, zink, koppar och andra legeringselement i stor utsträckning iastronautik, flyg och andra områden inom maskinteknik.
Så, till exempel, användningen av duralumin vid tillverkning av en bil kan avsevärt minska dess vikt och kostnad, men samtidigt kommer den att vara tillräckligt stark.
I allmänhet kan det noteras att utbudet av denna legering är ganska brett: rör, trådar, plåtar, tejper, stavar och gjutna delar av olika former. D16t anses fortfarande vara ett av de mest populära och vanliga varumärkena. Den lilla bokstaven "t" i slutet av markeringen betyder att legeringen är härdad och naturligt åldrad. Den används:
- I designen av rymdfarkoster, fartyg och flygplan.
- För tillverkning av olika delar till verktygsmaskiner och maskiner.
- För tillverkning av gatuskyltar, vägskyltar.
Alla borde känna till namnet på legeringen av aluminium och koppar. Dural används även inom oljeindustrin. Så specialrör gjorda av den kan säkerställa driften av brunnen i 6-7 år.
Vad heter legeringen av aluminium och koppar, lätt att komma ihåg. Så vi berättade vilka egenskaper den har och var den används. Den kan enkelt ersätta valsat stål, speciellt om det är nödvändigt för att göra strukturen lätt.
