Jedan od najčešćih metala na Zemlji je aluminijum. Naziva se i "leteći metal". Iako se ne nalazi u prirodi u svom čistom obliku, može se naći u mnogim mineralima. A najčešća legura, koja se koristi za proizvodnju mnogih dijelova i struktura, je duralumin (duralumin).
Izmislio ga je njemački naučnik Alfred Wilm, koji je radio u fabrici Dürener Metallwerke AG (Düren). Utvrdio je da legura aluminijuma i bakra ima mnogo bolje karakteristike od samog metala u svom čistom obliku.
Grupa legura visoke čvrstoće
Zapravo, duralumin je čitava grupa legura u kojoj je glavna komponenta aluminijum, a njegovi legirajući elementi su bakar, cink, mangan, magnezijum. Ali općenito, njihove karakteristike su određene ne samo sastavom, već i metodom toplinske obrade. Godine 1903. prvi put je otkriveno da se tokom procesa starenja legura aluminijuma sabakar postaje još izdržljiviji i tvrđi.
Kao što se kasnije ispostavilo, to je zbog činjenice da kada je metal nakon stvrdnjavanja nekoliko dana na sobnoj temperaturi, njegova prezasićena čvrsta otopina se raspada, a to je, pak, praćeno stvrdnjavanjem materijal.
Proces starenja i povratak u prethodno stanje
Kao što je ranije spomenuto, starenje metala je važan proces, koji je uzrokovan strukturnim transformacijama koje uzrokuju promjene fizičkih i mehaničkih svojstava. Može biti prirodno i veštačko. U prvom slučaju, legura se drži nekoliko dana na sobnoj temperaturi.
Uz umjetno starenje, vrijeme obrade se smanjuje, ali se temperatura povećava. Da bi se legura vratila u prethodno stanje, mora se zagrijati na 270 stepeni nekoliko sekundi, a zatim brzo ohladiti.
Proizvodnja aluminijuma
Da biste napravili leguru aluminijuma sa bakrom, potrebna vam je oprema visoke tehnologije i, naravno, sam metal. Iskopava se iz boksita. Ovo je stijena koju treba zdrobiti, dodati joj vodu i ispariti pod visokim pritiskom. Tako se silicijum odvaja od glinice. Zatim se gusta masa stavlja u posebnu kupku sa ispravljenim kriolitom. Sadržaj se zagreva na 950°C i kroz njega prolazi električna struja od 400 kA.
Ovo vam omogućava da prekinete vezu između atoma kiseonika i aluminijuma. Kao rezultat toga, potonji se taloži na dno kao tečni metal. Ovako se izrađuju odlivci od tečnog aluminijuma. Sada metalpotpuno spreman za mašinsku obradu. Međutim, da bi se povećala njegova čvrstoća potrebno mu je dodati legirajuće elemente i tako dobiti kvalitetnu leguru aluminijum-bakar.
Proizvodnja duraluminija
Ukupno, sve legure aluminijuma su podeljene u dve grupe: livene i deformisane. Proces njihove proizvodnje zavisi upravo od toga koju vrstu na kraju treba dobiti. Osim toga, način proizvodnje također ovisi o traženim karakteristikama.
Za proizvodnju duraluminijuma, aluminijumski ingoti se tope u električnoj peći. Zanimljivo je da je ovo jedan od rijetkih metala koji se može mnogo puta pretvoriti iz čvrstog u tekuće i obrnuto. To neće uticati na njegov učinak. Bakar i drugi legirajući elementi kao što su mangan, gvožđe i magnezijum dodaju se zauzvrat u rastopljeni aluminijum. Veoma je važno poštovati procentualni odnos: 93% aluminijum, 5% bakar, preostalih 2% su ostali legirajući elementi.
Kaljenje i žarenje duraluminija
Obavezan za takvu leguru je proces kaljenja. Vrijeme zadržavanja malih dijelova je samo nekoliko minuta, a temperatura je oko 500 °C. Duralumin je odmah nakon zahvata mekan i viskozan. Lako se deformiše i obrađuje. Nakon nekog vremena, legura se stvrdne i njena mehanička svojstva se povećavaju. Ako se prekorači temperaturni prag, dolazi do oksidacije i materijal gubi svoje karakteristike. Nakon stvrdnjavanja, mora se polako ohladiti u hladnoj vodi.
Dakle, već znate naziv legure aluminijum-bakar. Često je podložan deformacijama: hladno valjanje, izvlačenje, kovanje. U tom slučaju dolazi do takozvanog očvršćavanja. Ovo je proces tokom kojeg dolazi do pomicanja i umnožavanja dislokacija u metalnoj strukturi. Kao rezultat, sama legura mijenja svoju strukturu, postaje tvrđa i jača. To smanjuje njegovu duktilnost i udarnu čvrstoću. Kako bi deformacije lakše prolazile i kaljenje ne bi uništilo metal, koristi se žarenje. Da bi se to uradilo, legura se zagreva na 350°C, a zatim ohladi na vazduhu.
Grafikon stanja legure (aluminij i bakar)
Da biste što jasnije opisali interakciju komponenti duraluminija u čvrstom i tekućem stanju, kao i da biste objasnili prirodu promjene svojstava legure, koristite dijagram stanja.
Iz toga se vidi da se najveća rastvorljivost Cu u leguri sa aluminijumom primećuje na temperaturi od 548°C i istovremeno iznosi 5,7%. Kada temperatura poraste, ona će se povećati, a kada padne, smanjiće se. Minimalna rastvorljivost (0,5%) će se posmatrati na sobnoj temperaturi. Ako se duralumin očvrsne iznad 400°C, postat će čvrsta homogena otopina - α.
Tokom ovog procesa, čvrsti rastvor će se raspasti. Vrlo neobično se ponaša legura aluminijuma i bakra, čija je formula CuAl2. Proces je praćen oslobađanjem viška faze A1. Ovaj kvar se dešava tokomdugo vrijeme. Ovo je prirodno starenje koje smo ranije spomenuli.
Svojstva legure
Legiranje metala sa određenim elementima omogućava povećanje njegovih karakteristika. Sjećate li se imena legure aluminijum-bakar? Koja svojstva ima?
Sam aluminijum je veoma lagan, mekan i potpuno krhak. Rastvorljiv je u slabo koncentriranim alkalijama i kiselinama. Dodavanjem bakra i magnezijuma aluminijumu, već možete dobiti prilično jaku leguru. Njegove performanse je prilično lako poboljšati - samo ga trebate ostaviti da leži na sobnoj temperaturi. Dakle, efekat starenja povećava snagu duraluminijuma, kao što smo već govorili.
Aluminijum je sam po sebi prilično lagan. Mali postotak bakra ne čini leguru težom. Još jedna pozitivna karakteristika je mogućnost ponovnog topljenja legure. Istovremeno, neće izgubiti svoja svojstva. Jedino što je potrebno je da se "odmara" par dana nakon kastinga.
Nedostatak duralumina je njegova niska otpornost na koroziju. Stoga se najčešće takav materijal prekriva čistim slojem aluminijuma ili farba lakovima i bojama.
Aluminijske legure i njihove primjene
Prvi put je duralumin korišćen za izradu vazdušnih brodova. Lakoća i snaga ovog materijala omogućili su stvaranje izvrsnog aviona. Za to je korištena marka D16t. Trenutno se legure sa aluminijumom, cinkom, bakrom i drugim legirajućim elementima široko koriste uastronautika, avijacija i druge oblasti mašinstva.
Tako, na primjer, upotreba duraluminija u proizvodnji automobila može značajno smanjiti njegovu težinu i cijenu, ali će u isto vrijeme biti dovoljno jak.
Općenito se može primijetiti da je raspon ove legure prilično širok: cijevi, žice, limovi, trake, šipke i liveni dijelovi raznih oblika. D16t se i dalje smatra jednim od najpopularnijih i najčešćih brendova. Malo slovo "t" na kraju oznake znači da je legura otvrdnuta i prirodno ostarjela. Koristi se:
- U dizajnu svemirskih letjelica, brodova i aviona.
- Za proizvodnju raznih delova za alatne mašine i mašine.
- Za proizvodnju uličnih znakova, putokaza.
Svi treba da znaju naziv legure aluminijuma i bakra. Dural se također koristi u naftnoj industriji. Dakle, posebne cijevi napravljene od njega mogu osigurati rad bunara 6-7 godina.
Kako se zove legura aluminijuma i bakra, lako za pamćenje. Dakle, rekli smo koja svojstva ima i gdje se koristi. Lako može zamijeniti valjani čelik, posebno ako je potrebno učiniti konstrukciju laganom.
