Yksi yleisimmistä metalleista maapallolla on alumiini. Sitä kutsutaan myös "lentäväksi metalliksi". Vaikka sitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, sitä löytyy monista mineraaleista. Ja yleisin metalliseos, jota käytetään monien osien ja rakenteiden valmistukseen, on duralumiini (duralumiini).
Sen keksi saksalainen tiedemies Alfred Wilm, joka työskenteli Dürener Metallwerke AG:n tehtaalla (Düren). Hän totesi, että alumiinin ja kuparin seoksella on paljon paremmat ominaisuudet kuin itse metallilla puhtaassa muodossaan.
Erittäin luja metalliseosryhmä
Itse asiassa duralumiini on kokonainen joukko metalliseoksia, joissa pääkomponentti on alumiini ja sen seosaineet ovat kupari, sinkki, mangaani ja magnesium. Mutta yleensä niiden ominaisuudet määräytyvät paitsi koostumuksen, myös lämpökäsittelymenetelmän perusteella. Vuonna 1903 havaittiin ensimmäisen kerran, että ikääntymisprosessin aikana alumiiniseoskuparista tulee entistä kestävämpi ja kovempi.
Kuten myöhemmin kävi ilmi, tämä johtuu siitä, että kun metalli on kovettumisen jälkeen huoneenlämmössä useita päiviä, sen ylikyllästynyt kiinteä liuos hajoaa, ja tähän vuorostaan liittyy metallin kovettuminen. materiaali.
Ikääntymisprosessi ja paluu edelliseen tilaan
Kuten aiemmin mainittiin, metallin ikääntyminen on tärkeä prosessi, joka johtuu rakenteellisista muutoksista, jotka aiheuttavat muutoksia fysikaalisissa ja mekaanisissa ominaisuuksissa. Se voi olla luonnollista ja keinotekoista. Ensimmäisessä tapauksessa seosta pidetään useita päiviä huoneenlämmössä.
Keinotekoisen vanhentamisen yhteydessä käsittelyaika lyhenee, mutta lämpötila nousee. Seoksen palauttamiseksi aiempaan tilaan se on lämmitettävä 270 asteeseen muutamaksi sekunniksi ja jäähdytettävä sitten nopeasti.
Alumiinin tuotanto
Alumiinin ja kuparin seoksen valmistamiseksi tarvitaan huipputeknisiä laitteita ja tietysti itse metallia. Se louhitaan bauksiitista. Tämä on kivi, joka täytyy murskata, lisätä siihen vettä ja höyryttää korkeassa paineessa. Siten pii erotetaan alumiinioksidista. Sitten paksu massa asetetaan erityiseen kylpyyn, jossa on suoristettu kryoliitti. Sisältö kuumennetaan 950 °C:seen ja sen läpi johdetaan 400 kA:n sähkövirta.
Tämän avulla voit katkaista happi- ja alumiiniatomien välisen sidoksen. Tämän seurauksena jälkimmäinen laskeutuu pohjalle nestemäisenä metallina. Näin valmistetaan valukappaleita nestemäisestä alumiinista. Nyt metalliatäysin valmis koneistukseen. Sen lujuuden lisäämiseksi on kuitenkin tarpeen lisätä siihen seosaineita ja siten saada korkealaatuinen alumiini-kupariseos.
Duralumin tuotanto
Kaikki alumiiniseokset on jaettu kahteen ryhmään: valettu ja muotoiltu. Niiden valmistusprosessi riippuu nimenomaan siitä, millaisia on lopulta hankittava. Lisäksi valmistusmenetelmä riippuu myös vaadituista ominaisuuksista.
Duraluminin tuotantoa varten alumiiniharkot sulatetaan sähköuunissa. Mielenkiintoista on, että tämä on yksi harvoista metalleista, jotka voidaan muuntaa kiinteistä nestemäisiksi ja päinvastoin monta kertaa. Tämä ei vaikuta sen suorituskykyyn. Kuparia ja muita seosaineita, kuten mangaania, rautaa ja magnesiumia, lisätään vuorostaan sulaan alumiiniin. On erittäin tärkeää noudattaa prosenttiosuutta: 93 % alumiinia, 5 % kuparia, loput 2 % ovat muita seosaineita.
Duralumiinin karkaisu ja hehkutus
Tällaiselle seokselle pakollinen on kovettumisprosessi. Pienten osien pitoaika on vain muutama minuutti ja lämpötila noin 500 °C. Välittömästi toimenpiteen jälkeen duralumiini on pehmeää ja viskoosia. Se on helppo muotoilla ja käsitellä. Jonkin ajan kuluttua seos kovettuu ja sen mekaaniset ominaisuudet paranevat. Jos lämpötilakynnys ylittyy, tapahtuu hapettumista ja materiaali menettää ominaisuutensa. Kovettumisen jälkeen se on jäähdytettävä hitaasti kylmässä vedessä.
Joten, tiedät jo alumiini-kupariseoksen nimen. Se soveltuu usein muodonmuutoksiin: kylmävalssaus, veto, taonta. Tässä tapauksessa tapahtuu ns. kovettuminen. Tämä on prosessi, jonka aikana metallirakenteessa tapahtuu liikettä ja dislokaatioiden lisääntymistä. Seurauksena on, että seos itse muuttaa rakennettaan, tulee kovempaa ja vahvempaa. Tämä vähentää sen taipuisuutta ja iskulujuutta. Jotta muodonmuutokset pääsisivät helpommin ohi ja työkarkaisu ei tuhoa metallia, käytetään hehkutusta. Tätä varten seos kuumennetaan 350 °C:seen ja jäähdytetään sitten ilmassa.
Seoksen (alumiini ja kupari) tilakaavio
Käytä tilakaaviota, jotta voit selvemmin kuvata duralumiinin komponenttien vuorovaikutusta kiinteässä ja nestemäisessä tilassa sekä selittää lejeeringin ominaisuuksien muutoksen luonnetta.
Siitä voidaan nähdä, että Cu:n suurin liukoisuus alumiiniseokseen havaitaan 548 °C:n lämpötilassa ja samalla se on 5,7 %. Kun lämpötila nousee, se nousee, ja kun se laskee, se laskee. Minimaalinen liukoisuus (0,5 %) havaitaan huoneenlämpötilassa. Jos duralumiini kovettuu yli 400 °C:ssa, siitä tulee kiinteä homogeeninen liuos - α.
Tämän prosessin aikana kiinteä liuos hajoaa. Alumiinin ja kuparin seos käyttäytyy hyvin epätavallisesti, jonka kaava on CuAl2. Prosessin mukana vapautuu ylimääräinen vaihe A1. Tämä hajoaminen tapahtuu aikanapitkä aika. Tämä on luonnollista ikääntymistä, jonka mainitsimme aiemmin.
Seosominaisuudet
Metallin seostaminen tiettyjen alkuaineiden kanssa mahdollistaa sen ominaisuuksien parantamisen. Muistatko alumiini-kupariseoksen nimen? Mitä ominaisuuksia sillä on?
Alumiini itsessään on erittäin kevyttä, pehmeää ja täysin särkyvää. Se liukenee heikosti konsentroituihin emäksiin ja happoihin. Lisäämällä alumiiniin kuparia ja magnesiumia saat jo melko vahvan seoksen. Sen suorituskykyä on melko helppo parantaa - sinun tarvitsee vain jättää se makuulle huoneenlämpöön. Joten ikääntymisen vaikutus lisää duralumiinin lujuutta, kuten puhuimme edellä.
Alumiini itsessään on melko kevyttä. Pieni prosenttiosuus kuparia ei tee seoksesta raskaampaa. Toinen myönteinen ominaisuus on kyky sulattaa seos uudelleen toistuvasti. Samalla se ei menetä ominaisuuksiaan. Ainoa asia, mitä tarvitaan, on antaa sille "levätä" pari päivää valun jälkeen.
Duraluminin haittapuoli on sen alhainen korroosionkestävyys. Siksi useimmiten tällainen materiaali peitetään puhtaalla alumiinikerroksella tai maalataan lakoilla ja maaleilla.
Alumiiniseokset ja niiden sovellukset
Ensimmäistä kertaa duralumiinia käytettiin ilmalaivojen valmistukseen. Tämän materiaalin keveys ja lujuus mahdollistivat erinomaisen lentokoneen luomisen. Tätä varten käytettiin D16t-merkkiä. Tällä hetkellä seoksia, joissa on alumiinia, sinkkiä, kuparia ja muita seosaineita, käytetään laaj altiastronautiikka, ilmailu ja muut konetekniikan alat.
Joten esimerkiksi duralumiinin käyttö auton valmistuksessa voi vähentää merkittävästi sen painoa ja kustannuksia, mutta samalla se on riittävän vahva.
Yleisesti voidaan todeta, että tämän seoksen valikoima on melko laaja: putket, johdot, levyt, nauhat, tangot ja erimuotoiset valuosat. D16t pidetään edelleen yhtenä suosituimmista ja yleisimmistä merkeistä. Pieni kirjain "t" merkinnän lopussa tarkoittaa, että seos on kovettunut ja luonnollisesti vanhentunut. Sitä käytetään:
- Avaruusalusten, laivojen ja lentokoneiden suunnittelussa.
- Erilaisten työstökoneiden ja koneiden osien valmistukseen.
- Katukylttien, liikennemerkkien valmistukseen.
Kaikkien pitäisi tietää alumiinin ja kuparin seoksen nimi. Duralia käytetään myös öljyteollisuudessa. Joten siitä tehdyt erikoisputket voivat varmistaa kaivon toiminnan 6-7 vuodeksi.
Mikä on alumiinin ja kuparin seoksen nimi, helppo muistaa. Joten kerroimme, mitä ominaisuuksia sillä on ja missä sitä käytetään. Sillä voidaan helposti korvata valssattua terästä, varsinkin jos rakenteesta on tehtävä kevyt.
