Ena najpogostejših kovin na Zemlji je aluminij. Imenuje se tudi "leteča kovina". Čeprav ga v naravi ne najdemo v čisti obliki, ga lahko najdemo v številnih mineralih. In najpogostejša zlitina, ki se uporablja za izdelavo številnih delov in struktur, je duralumin (duralumin).
Izumil ga je nemški znanstvenik Alfred Wilm, ki je delal v tovarni Dürener Metallwerke AG (Düren). Ugotovil je, da ima zlitina aluminija in bakra veliko boljše lastnosti kot kovina sama v svoji čisti obliki.
skupina zlitin visoke trdnosti
Pravzaprav je duralumin cela skupina zlitin, v katerih je glavna sestavina aluminij, njegovi legirni elementi pa so baker, cink, mangan, magnezij. Toda na splošno njihove značilnosti ne določa samo sestava, temveč tudi način toplotne obdelave. Leta 1903 je bilo prvič odkrito, da je med procesom staranja aluminijeva zlitina sbaker postane še bolj trpežen in trd.
Kot se je kasneje izkazalo, je to posledica dejstva, da ko je kovina po strjevanju več dni pri sobni temperaturi, se njena prenasičena trdna raztopina razgradi, kar pa spremlja strjevanje material.
Proces staranja in vrnitev v prejšnje stanje
Kot že omenjeno, je staranje kovin pomemben proces, ki ga povzročajo strukturne transformacije, ki povzročajo spremembe fizikalnih in mehanskih lastnosti. Lahko je naravna in umetna. V prvem primeru se zlitina hrani več dni pri sobni temperaturi.
Z umetnim staranjem se čas obdelave skrajša, temperatura pa se poveča. Da se zlitina vrne v prejšnje stanje, jo je treba nekaj sekund segreti na 270 stopinj in nato hitro ohladiti.
proizvodnja aluminija
Za izdelavo zlitine aluminija z bakrom potrebujete visokotehnološko opremo in seveda kovino samo. Kopajo ga iz boksita. To je kamnina, ki jo je treba zdrobiti, ji dodati vodo in popariti pod visokim pritiskom. Tako se silicij loči od glinice. Nato gosto maso damo v posebno kopel z izravnanim kriolitom. Vsebina se segreje na 950 °C in skoznjo steče električni tok 400 kA.
To vam omogoča, da prekinete vez med atomi kisika in aluminija. Posledično se slednji usede na dno kot tekoča kovina. Tako nastanejo ulitki iz tekočega aluminija. Zdaj kovinskipopolnoma pripravljen za obdelavo. Za povečanje njegove trdnosti pa je treba ji dodati legirne elemente in tako dobiti visokokakovostno aluminij-bakreno zlitino.
proizvodnja duraluminija
Skupaj so vse aluminijeve zlitine razdeljene v dve skupini: lite in deformirane. Postopek njihove proizvodnje je odvisen od tega, kakšno vrsto je treba na koncu dobiti. Poleg tega je način izdelave odvisen tudi od zahtevanih lastnosti.
Za proizvodnjo duraluminija se aluminijevi ingoti talijo v električni peči. Zanimivo je, da je to ena redkih kovin, ki jo je mogoče večkrat pretvoriti iz trdne v tekoče in obratno. To ne bo vplivalo na njegovo delovanje. Staljenemu aluminiju se izmenično dodajo baker in drugi legirni elementi, kot so mangan, železo in magnezij. Zelo pomembno je upoštevati odstotno razmerje: 93% aluminija, 5% bakra, preostalih 2% so drugi legirni elementi.
Utrjevanje in žarjenje duraluminija
Za takšno zlitino je obvezen postopek utrjevanja. Čas zadrževanja majhnih delov je le nekaj minut, temperatura pa je približno 500 °C. Duralumin je takoj po posegu mehak in viskozen. Je enostavno deformirati in obdelati. Čez nekaj časa se zlitina strdi in njene mehanske lastnosti se povečajo. Če je temperaturni prag presežen, pride do oksidacije in material izgubi svoje lastnosti. Po strjevanju ga je treba počasi ohladiti v hladni vodi.
Torej, že poznate ime zlitine aluminija in bakra. Pogosto se lahko deformira: hladno valjanje, vlečenje, kovanje. V tem primeru pride do tako imenovanega utrjevanja. To je proces, med katerim pride do premikanja in množenja dislokacij v kovinski strukturi. Posledično zlitina sama spremeni svojo strukturo, postane trša in močnejša. To zmanjša njegovo duktilnost in udarno trdnost. Da deformacije lažje prehajajo in delovno utrjevanje ne uniči kovine, se uporablja žarjenje. Za to se zlitina segreje na 350 °C in nato ohladi na zraku.
Tabela stanja zlitine (aluminij in baker)
Da bi najbolj jasno opisali interakcijo komponent duraluminija v trdnem in tekočem stanju ter razložili naravo spremembe lastnosti zlitine, uporabite diagram stanja.
Iz tega je razvidno, da je največja topnost Cu v zlitini z aluminijem opažena pri temperaturi 548 °C in je hkrati 5,7%. Ko se temperatura dvigne, se poveča, ko pade, pa se zmanjša. Pri sobni temperaturi bomo opazili minimalno topnost (0,5 %). Če je duralumin utrjen nad 400 ° C, bo postal trdna homogena raztopina - α.
Med tem postopkom se bo trdna raztopina razgradila. Zelo nenavadno se obnaša zlitina aluminija in bakra, katere formula je CuAl2. Proces spremlja sproščanje presežne faze A1. Ta razpad se zgodi meddolgo časa. To je naravno staranje, ki smo ga omenili prej.
Lastnosti zlitine
Zlitje kovine z določenimi elementi omogoča povečanje njenih lastnosti. Se spomnite imena zlitine aluminij-bak? Kakšne lastnosti ima?
Aluminij je sam po sebi zelo lahek, mehak in popolnoma krhek. Topen je v šibko koncentriranih alkalijah in kislinah. Z dodajanjem bakra in magnezija aluminiju lahko že dobite dokaj močno zlitino. Njegovo delovanje je precej enostavno izboljšati - samo pustite ga ležati pri sobni temperaturi. Torej učinek staranja poveča trdnost duraluminija, kot smo govorili zgoraj.
Aluminij je sam po sebi precej lahek. Majhen odstotek bakra zlitine ne naredi težje. Druga pozitivna lastnost je sposobnost večkratnega taljenja zlitine. Hkrati ne bo izgubil svojih lastnosti. Edino, kar je potrebno, je, da mu damo nekaj dni po vlivanju "počivati".
Pomanjkljivost duraluminija je njegova nizka odpornost proti koroziji. Zato je najpogosteje tak material prekrit s čisto plastjo aluminija ali pobarvan z laki in barvami.
Aluminijeve zlitine in njihove uporabe
Prvič je bil duralumin uporabljen za izdelavo zračnih ladij. Lahkotnost in moč tega materiala je omogočila ustvarjanje odličnega letala. Za to je bila uporabljena blagovna znamka D16t. Trenutno se zlitine z aluminijem, cinkom, bakrom in drugimi legirnimi elementi pogosto uporabljajo vastronavtika, letalstvo in druga področja strojništva.
Tako lahko na primer uporaba duraluminija pri izdelavi avtomobila znatno zmanjša njegovo težo in stroške, hkrati pa bo dovolj močna.
Na splošno je mogoče opaziti, da je obseg te zlitine precej širok: cevi, žice, pločevine, trakovi, palice in liti deli različnih oblik. D16t še vedno velja za eno najbolj priljubljenih in pogostih blagovnih znamk. Mala črka "t" na koncu oznake pomeni, da je zlitina utrjena in naravno starana. Uporablja se:
- Pri načrtovanju vesoljskih plovil, ladij in letal.
- Za izdelavo različnih delov za strojna orodja in stroje.
- Za izdelavo uličnih znakov, prometnih znakov.
Vsi bi morali poznati ime zlitine aluminija in bakra. Dural se uporablja tudi v naftni industriji. Tako lahko posebne cevi iz njega zagotovijo delovanje vrtine 6-7 let.
Kako se imenuje zlitina aluminija in bakra, ki si jo je enostavno zapomniti. Povedali smo torej, kakšne lastnosti ima in kje se uporablja. Z lahkoto lahko nadomesti valjano jeklo, še posebej, če je treba konstrukcijo narediti lahko.
