Jednym z najpopularniejszych metali na Ziemi jest aluminium. Jest również nazywany „latającym metalem”. Chociaż nie występuje w naturze w czystej postaci, można go znaleźć w wielu minerałach. Najpopularniejszym stopem, który jest używany do produkcji wielu części i konstrukcji, jest duraluminium (duraluminium).
Wymyślił go niemiecki naukowiec Alfred Wilm, który pracował w zakładzie Dürener Metallwerke AG (Düren). Stwierdził, że stop aluminium i miedzi ma znacznie lepsze właściwości niż sam metal w czystej postaci.
Grupa stopów o wysokiej wytrzymałości
W rzeczywistości duraluminium to cała grupa stopów, w których głównym składnikiem jest aluminium, a jego pierwiastkami stopowymi są miedź, cynk, mangan, magnez. Ale ogólnie o ich właściwościach decyduje nie tylko skład, ale także metoda obróbki cieplnej. W 1903 r. po raz pierwszy odkryto, że podczas procesu starzenia stop aluminium zmiedź staje się jeszcze trwalsza i twardsza.
Jak się później okazało, wynika to z faktu, że gdy po utwardzeniu metal znajduje się w temperaturze pokojowej przez kilka dni, jego przesycony roztwór stały ulega rozkładowi, a temu z kolei towarzyszy utwardzanie materiał.
Proces starzenia i powrót do poprzedniego stanu
Jak wspomniano wcześniej, starzenie się metalu jest ważnym procesem, który jest powodowany przez przekształcenia strukturalne, które powodują zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych. Może być naturalny i sztuczny. W pierwszym przypadku stop jest przechowywany przez kilka dni w temperaturze pokojowej.
Przy sztucznym starzeniu czas przetwarzania ulega skróceniu, ale temperatura wzrasta. Aby przywrócić stop do poprzedniego stanu, należy go podgrzać do 270 stopni przez kilka sekund, a następnie szybko schłodzić.
Produkcja aluminium
Aby wykonać stop aluminium z miedzią, potrzebujesz nowoczesnego sprzętu i oczywiście samego metalu. Jest wydobywany z boksytu. Jest to skała, którą należy zmiażdżyć, dodać do niej wodę i gotować na parze pod wysokim ciśnieniem. W ten sposób krzem jest oddzielany od tlenku glinu. Następnie gęstą masę umieszcza się w specjalnej wannie z wyprostowanym kriolitem. Zawartość jest podgrzewana do 950 ° C i przepływa przez nią prąd elektryczny 400 kA.
Pozwala to na zerwanie wiązania między atomami tlenu i aluminium. W rezultacie ten ostatni osadza się na dnie jako ciekły metal. Tak powstają odlewy z płynnego aluminium. Teraz metalcałkowicie gotowy do obróbki. Jednak w celu zwiększenia jego wytrzymałości konieczne jest dodanie do niego pierwiastków stopowych i uzyskanie w ten sposób wysokiej jakości stopu aluminiowo-miedzianego.
Produkcja duraluminium
W sumie wszystkie stopy aluminium dzielą się na dwie grupy: odlewane i deformowane. Proces ich produkcji zależy dokładnie od tego, jaki rodzaj należy ostatecznie uzyskać. Ponadto metoda produkcji zależy również od wymaganych właściwości.
Do produkcji duraluminium wlewki aluminiowe topi się w piecu elektrycznym. Co ciekawe, jest to jeden z nielicznych metali, które można wielokrotnie przekształcać ze stałego w ciekły i odwrotnie. Nie wpłynie to na jego wydajność. Miedź i inne pierwiastki stopowe, takie jak mangan, żelazo i magnez, są z kolei dodawane do stopionego aluminium. Bardzo ważne jest przestrzeganie proporcji procentowej: 93% aluminium, 5% miedzi, pozostałe 2% to inne pierwiastki stopowe.
Hartowanie i wyżarzanie duraluminium
Obowiązkowy dla takiego stopu jest proces hartowania. Czas utrzymywania małych części wynosi zaledwie kilka minut, a temperatura wynosi około 500°C. Bezpośrednio po zabiegu duraluminium jest miękkie i lepkie. Łatwo się odkształca i obrabia. Po pewnym czasie stop twardnieje i poprawiają się jego właściwości mechaniczne. W przypadku przekroczenia progu temperatury następuje utlenianie i materiał traci swoje właściwości. Po utwardzeniu należy go powoli schłodzić w chłodnej wodzie.
Więc znasz już nazwę stopu aluminium i miedzi. Często poddaje się deformacji: walcowaniu na zimno, ciągnieniu, kuciu. W tym przypadku następuje tak zwane twardnienie. Jest to proces, podczas którego w konstrukcji metalowej zachodzi ruch i powielanie dyslokacji. W efekcie sam stop zmienia swoją strukturę, staje się twardszy i mocniejszy. Zmniejsza to jego ciągliwość i udarność. Aby deformacje łatwiej przechodziły, a umocnienie przez zgniot nie niszczyło metalu, stosuje się wyżarzanie. W tym celu stop jest podgrzewany do 350 ° C, a następnie chłodzony powietrzem.
Wykres stanu stopu (aluminium i miedź)
Aby jak najdokładniej opisać wzajemne oddziaływanie składników duraluminium w stanie stałym i ciekłym, a także wyjaśnić naturę zmiany właściwości stopu, skorzystaj z diagramu stanów.
Widać z niego, że najwyższą rozpuszczalność Cu w stopie z aluminium obserwuje się w temperaturze 548 °C i jednocześnie wynosi ona 5,7%. Gdy temperatura wzrośnie, wzrośnie, a gdy spadnie, spadnie. Minimalna rozpuszczalność (0,5%) będzie obserwowana w temperaturze pokojowej. Jeśli duraluminium utwardzi się powyżej 400 ° C, stanie się stałym jednorodnym roztworem - α.
Podczas tego procesu stały roztwór ulegnie rozkładowi. Bardzo nietypowo zachowuje się stop aluminium i miedzi, którego wzór to CuAl2. Procesowi towarzyszy uwolnienie nadmiaru fazy A1. Ten podział ma miejsce podczasdługi czas. To naturalne starzenie się, o którym wspominaliśmy wcześniej.
Właściwości stopu
Stopienie metalu z pewnymi elementami umożliwia zwiększenie jego właściwości. Pamiętasz nazwę stopu aluminium z miedzią? Jakie ma właściwości?
Samo aluminium jest bardzo lekkie, miękkie i całkowicie kruche. Jest rozpuszczalny w słabo stężonych alkaliach i kwasach. Dodając miedź i magnez do aluminium, możesz już uzyskać dość mocny stop. Jego działanie jest dość łatwe do poprawienia - wystarczy pozostawić go do leżenia w temperaturze pokojowej. Tak więc efekt starzenia zwiększa wytrzymałość duraluminium, o czym mówiliśmy powyżej.
Samo aluminium jest dość lekkie. Niewielki procent miedzi nie powoduje, że stop jest cięższy. Kolejną pozytywną cechą jest możliwość wielokrotnego przetapiania stopu. Jednocześnie nie straci swoich właściwości. Jedyne, co jest potrzebne, to dać mu „odpoczynek” przez kilka dni po rzuceniu.
Wadą duraluminium jest jego niska odporność na korozję. Dlatego najczęściej taki materiał pokrywany jest czystą warstwą aluminium lub malowany lakierami i farbami.
Stopy aluminium i ich zastosowania
Po raz pierwszy duraluminium zostało użyte do budowy sterowców. Lekkość i wytrzymałość tego materiału umożliwiły stworzenie doskonałego samolotu. W tym celu wykorzystano markę D16t. Obecnie stopy z aluminium, cynkiem, miedzią i innymi pierwiastkami stopowymi są szeroko stosowane wastronautyka, lotnictwo i inne dziedziny inżynierii mechanicznej.
Tak więc, na przykład, użycie duraluminium w produkcji samochodu może znacznie obniżyć jego wagę i koszt, ale jednocześnie będzie wystarczająco mocne.
Ogólnie można zauważyć, że asortyment tego stopu jest dość szeroki: rury, druty, arkusze, taśmy, pręty i odlewy o różnych kształtach. D16t jest nadal uważana za jedną z najpopularniejszych i najpopularniejszych marek. Mała litera „t” na końcu oznaczenia oznacza, że stop jest utwardzony i naturalnie starzony. Jest używany:
- W projektach statków kosmicznych, statków i samolotów.
- Do produkcji różnych części do obrabiarek i maszyn.
- Do produkcji znaków drogowych, znaków drogowych.
Każdy powinien znać nazwę stopu aluminium i miedzi. Dural jest również stosowany w przemyśle naftowym. Tak więc wykonane z niego specjalne rury mogą zapewnić pracę studni przez 6-7 lat.
Jak nazywa się stop aluminium i miedzi, łatwy do zapamiętania. Powiedzieliśmy więc, jakie ma właściwości i gdzie jest używany. Z łatwością zastąpi stal walcowaną, zwłaszcza jeśli jest to konieczne, aby konstrukcja była lekka.
