Een van de meest voorkomende metalen op aarde is aluminium. Het wordt ook wel "vliegend metaal" genoemd. Hoewel het in zijn pure vorm niet in de natuur voorkomt, is het in veel mineralen te vinden. En de meest voorkomende legering, die wordt gebruikt om veel onderdelen en structuren te produceren, is duralumin (duraluminium).
Het is uitgevonden door de Duitse wetenschapper Alfred Wilm, die werkte in de fabriek van Dürener Metallwerke AG (Düren). Hij stelde vast dat een legering van aluminium en koper veel betere eigenschappen heeft dan het metaal zelf in zijn pure vorm.
Hoge sterkte legeringsgroep
Duraluminium is in feite een hele groep legeringen waarin het hoofdbestanddeel aluminium is, en de legeringselementen zijn koper, zink, mangaan en magnesium. Maar over het algemeen worden hun kenmerken niet alleen bepaald door de samenstelling, maar ook door de methode van warmtebehandeling. In 1903 werd voor het eerst ontdekt dat tijdens het verouderingsproces een aluminiumlegering metkoper wordt nog duurzamer en harder.
Zoals later bleek, is dit te wijten aan het feit dat wanneer het metaal na uitharding enkele dagen op kamertemperatuur is, de oververzadigde vaste oplossing ontleedt, en dit gaat op zijn beurt gepaard met verharding van het materiaal.
Het verouderingsproces en terugkeer naar de vorige staat
Zoals eerder vermeld, is metaalveroudering een belangrijk proces, dat wordt veroorzaakt door structurele transformaties die veranderingen in fysieke en mechanische eigenschappen veroorzaken. Het kan natuurlijk en kunstmatig zijn. In het eerste geval wordt de legering enkele dagen bij kamertemperatuur bewaard.
Bij kunstmatige veroudering wordt de verwerkingstijd verkort, maar wordt de temperatuur verhoogd. Om de legering in zijn vorige staat terug te brengen, moet deze een paar seconden worden verwarmd tot 270 graden en vervolgens snel worden afgekoeld.
Aluminiumproductie
Om een legering van aluminium met koper te maken, heb je hightech apparatuur nodig en natuurlijk het metaal zelf. Het wordt gewonnen uit bauxiet. Dit is een steen die moet worden vermalen, water moet worden toegevoegd en onder hoge druk moet worden gestoomd. Zo wordt silicium gescheiden van aluminiumoxide. Vervolgens wordt de dikke massa in een speciaal bad met rechtgebogen kryoliet geplaatst. De inhoud wordt verwarmd tot 950 ° C en er wordt een elektrische stroom van 400 kA doorheen geleid.
Hierdoor kun je de binding tussen de zuurstof- en aluminiumatomen verbreken. Dit laatste bezinkt daardoor als vloeibaar metaal naar de bodem. Zo worden gietstukken gemaakt van vloeibaar aluminium. Nu metaalhelemaal klaar voor bewerking. Om de sterkte te vergroten, is het echter noodzakelijk om er legeringselementen aan toe te voegen en zo een hoogwaardige aluminium-koperlegering te verkrijgen.
Duraluminiumproductie
In totaal zijn alle aluminiumlegeringen verdeeld in twee groepen: gegoten en vervormd. Het proces van hun productie hangt precies af van wat voor soort uiteindelijk moet worden verkregen. Bovendien hangt de fabricagemethode ook af van de vereiste kenmerken.
Voor de productie van duraluminium worden aluminiumblokken gesmolten in een elektrische oven. Interessant is dat dit een van de weinige metalen is die vele malen kan worden omgezet van vast naar vloeibaar en vice versa. Dit heeft geen invloed op de prestaties. Koper en andere legeringselementen zoals mangaan, ijzer en magnesium worden op hun beurt toegevoegd aan gesmolten aluminium. Het is erg belangrijk om de procentuele verhouding in acht te nemen: 93% aluminium, 5% koper, de resterende 2% zijn andere legeringselementen.
Verharden en gloeien van duraluminium
Verplicht voor een dergelijke legering is het uithardingsproces. De houdtijd voor kleine onderdelen is slechts enkele minuten en de temperatuur is ongeveer 500 °C. Onmiddellijk na de procedure is duraluminium zacht en stroperig. Het is gemakkelijk te vervormen en te verwerken. Na enige tijd hardt de legering uit en nemen de mechanische eigenschappen toe. Als de temperatuurdrempel wordt overschreden, treedt oxidatie op en verliest het materiaal zijn eigenschappen. Na uitharding moet het langzaam worden afgekoeld in koud water.
Dus je kent de naam van aluminium-koperlegering al. Het leent zich vaak voor vervorming: koudwalsen, trekken, smeden. In dit geval treedt de zogenaamde verharding op. Dit is een proces waarbij de beweging en vermenigvuldiging van dislocaties plaatsvindt in de metalen structuur. Hierdoor verandert de legering zelf van structuur, wordt harder en sterker. Dit vermindert de taaiheid en slagvastheid. Om de vervormingen gemakkelijker te laten passeren en de harding van het werk het metaal niet vernietigt, wordt gloeien gebruikt. Om dit te doen, wordt de legering verwarmd tot 350 ° C en vervolgens afgekoeld aan de lucht.
Kaart van de staat van de legering (aluminium en koper)
Om de interactie van de componenten van duraluminium in de vaste en vloeibare toestand zo duidelijk mogelijk te beschrijven, en om de aard van de verandering in de eigenschappen van de legering uit te leggen, gebruikt u het toestandsdiagram.
Hieruit blijkt dat de hoogste oplosbaarheid van Cu in een legering met aluminium wordt waargenomen bij een temperatuur van 548 ° C en tegelijkertijd 5,7% is. Als de temperatuur stijgt, zal deze toenemen en wanneer deze da alt, zal deze afnemen. Minimale oplosbaarheid (0,5%) zal worden waargenomen bij kamertemperatuur. Als het duraluminium boven 400 ° C wordt uitgehard, wordt het een vaste homogene oplossing - α.
Tijdens dit proces zal de vaste oplossing ontleden. Een legering van aluminium en koper gedraagt zich zeer ongebruikelijk, waarvan de formule CuAl2 is. Het proces gaat gepaard met het vrijkomen van overtollige fase A1. Deze uitsplitsing vindt plaats tijdens:lange tijd. Dit is de natuurlijke veroudering die we eerder noemden.
Legering eigenschappen
Het legeren van een metaal met bepaalde elementen maakt het mogelijk om zijn eigenschappen te verbeteren. Herinner je je de naam van een aluminium-koperlegering? Welke eigenschappen heeft het?
Aluminium zelf is erg licht, zacht en volledig kwetsbaar. Het is oplosbaar in zwak geconcentreerde alkaliën en zuren. Door koper en magnesium aan aluminium toe te voegen, kun je al een vrij sterke legering krijgen. De prestaties zijn vrij eenvoudig te verbeteren - u hoeft hem alleen maar op kamertemperatuur te laten liggen. Het effect van veroudering verhoogt dus de sterkte van duraluminium, zoals we hierboven hebben besproken.
Aluminium zelf is vrij licht. Een klein percentage koper maakt de legering niet zwaarder. Een ander positief kenmerk is het vermogen om de legering herhaaldelijk om te smelten. Tegelijkertijd verliest het zijn eigenschappen niet. Het enige dat nodig is, is het een paar dagen "rusten" na het gieten.
Het nadeel van duraluminium is de lage corrosieweerstand. Daarom wordt dergelijk materiaal meestal bedekt met een schone laag aluminium of geverfd met vernissen en verven.
Aluminiumlegeringen en hun toepassingen
Voor het eerst werd duraluminium gebruikt om luchtschepen te maken. De lichtheid en sterkte van dit materiaal maakten het mogelijk om een uitstekend vliegtuig te creëren. Hiervoor werd het merk D16t gebruikt. Op dit moment worden legeringen met aluminium, zink, koper en andere legeringselementen veel gebruikt in:ruimtevaart, luchtvaart en andere gebieden van werktuigbouwkunde.
Dus, bijvoorbeeld, het gebruik van duraluminium bij de fabricage van een auto kan het gewicht en de kosten aanzienlijk verminderen, maar tegelijkertijd zal het sterk genoeg zijn.
Over het algemeen kan worden opgemerkt dat het bereik van deze legering vrij breed is: buizen, draden, platen, banden, staven en gegoten onderdelen van verschillende vormen. D16t wordt nog steeds beschouwd als een van de meest populaire en meest voorkomende merken. De kleine letter "t" aan het einde van de markering betekent dat de legering gehard en natuurlijk verouderd is. Het wordt gebruikt:
- In de ontwerpen van ruimtevaartuigen, schepen en vliegtuigen.
- Voor de vervaardiging van verschillende onderdelen voor werktuigmachines en machines.
- Voor de vervaardiging van straatnaamborden, verkeersborden.
Iedereen zou de naam van de legering van aluminium en koper moeten kennen. Dural wordt ook gebruikt in de olie-industrie. Dus speciale buizen die ervan zijn gemaakt, kunnen de werking van de put 6-7 jaar garanderen.
Wat is de naam van de legering van aluminium en koper, gemakkelijk te onthouden. Dus we vertelden welke eigenschappen het heeft en waar het wordt gebruikt. Het kan gemakkelijk gewalst staal vervangen, vooral als het nodig is om de structuur lichtgewicht te maken.
