Uno dei metalli più comuni sulla Terra è l'alluminio. Viene anche chiamato "metallo volante". Sebbene non si trovi in natura nella sua forma pura, può essere trovato in molti minerali. E la lega più comune, utilizzata per produrre molte parti e strutture, è il duralluminio (duralluminio).
È stato inventato dallo scienziato tedesco Alfred Wilm, che ha lavorato presso lo stabilimento Dürener Metallwerke AG (Düren). Ha stabilito che una lega di alluminio e rame ha caratteristiche molto migliori del metallo stesso nella sua forma pura.
Gruppo di leghe ad alta resistenza
In effetti, il duralluminio è un intero gruppo di leghe in cui il componente principale è l'alluminio e i suoi elementi di lega sono rame, zinco, manganese, magnesio. Ma in generale, le loro caratteristiche sono determinate non solo dalla composizione, ma anche dal metodo di trattamento termico. Nel 1903 si scoprì per la prima volta che durante il processo di invecchiamento, una lega di alluminio conil rame diventa ancora più resistente e duro.
Come si è scoperto in seguito, ciò è dovuto al fatto che quando, dopo l'indurimento, il metallo è a temperatura ambiente per diversi giorni, la sua soluzione solida supersatura si decompone e questo, a sua volta, è accompagnato dall'indurimento di il materiale.
Il processo di invecchiamento e il ritorno allo stato precedente
Come accennato in precedenza, l'invecchiamento dei metalli è un processo importante, causato da trasformazioni strutturali che causano cambiamenti nelle proprietà fisiche e meccaniche. Può essere naturale e artificiale. Nel primo caso la lega viene conservata per diversi giorni a temperatura ambiente.
Con l'invecchiamento artificiale, il tempo di lavorazione si riduce, ma la temperatura aumenta. Per riportare la lega allo stato precedente, deve essere riscaldata a 270 gradi per alcuni secondi e poi raffreddata rapidamente.
Produzione alluminio
Per realizzare una lega di alluminio con rame, sono necessarie apparecchiature ad alta tecnologia e, naturalmente, il metallo stesso. È estratto dalla bauxite. Questa è una roccia che deve essere frantumata, aggiunta di acqua e cotta a vapore ad alta pressione. Pertanto, il silicio viene separato dall'allumina. Quindi la massa densa viene posta in un bagno speciale con criolite raddrizzata. Il contenuto viene riscaldato a 950 ° C e viene attraversato da una corrente elettrica di 400 kA.
Questo ti permette di rompere il legame tra gli atomi di ossigeno e alluminio. Di conseguenza, quest'ultimo si deposita sul fondo come metallo liquido. Ecco come vengono realizzati i getti di alluminio liquido. Ora metallocompletamente pronto per la lavorazione. Tuttavia, per aumentarne la resistenza, è necessario aggiungere elementi di lega e ottenere così una lega alluminio-rame di alta qualità.
Produzione di duralluminio
In totale, tutte le leghe di alluminio sono divise in due gruppi: fuse e deformate. Il processo della loro produzione dipende proprio dal tipo che dovrebbe essere ottenuto alla fine. Inoltre, il metodo di fabbricazione dipende anche dalle caratteristiche richieste.
Per la produzione di duralluminio, i lingotti di alluminio vengono fusi in un forno elettrico. È interessante notare che questo è uno dei pochi metalli che può essere convertito da solido a liquido e viceversa molte volte. Ciò non influirà sulle sue prestazioni. Rame e altri elementi di lega come manganese, ferro e magnesio vengono aggiunti a loro volta all'alluminio fuso. È molto importante osservare il rapporto percentuale: 93% alluminio, 5% rame, il restante 2% sono altri elementi di lega.
Indurimento e ricottura del duralluminio
Obbligatorio per una tale lega è il processo di indurimento. Il tempo di mantenimento per le piccole parti è di pochi minuti e la temperatura è di circa 500 °C. Immediatamente dopo la procedura, il duralluminio è morbido e viscoso. È facile da deformare ed elaborare. Dopo qualche tempo, la lega si indurisce e le sue proprietà meccaniche aumentano. Se la soglia di temperatura viene superata, si verifica l'ossidazione e il materiale perde le sue caratteristiche. Dopo l'indurimento, deve essere raffreddato lentamente in acqua fredda.
Quindi conosci già il nome della lega alluminio-rame. Si presta spesso alla deformazione: laminazione a freddo, trafilatura, forgiatura. In questo caso si verifica il cosiddetto indurimento. Questo è un processo durante il quale si verifica il movimento e la moltiplicazione delle dislocazioni nella struttura metallica. Di conseguenza, la lega stessa cambia struttura, diventa sempre più dura. Ciò riduce la sua duttilità e resistenza agli urti. Affinché le deformazioni passino più facilmente e l'incrudimento non distrugga il metallo, viene utilizzata la ricottura. Per fare questo, la lega viene riscaldata a 350°C e poi raffreddata in aria.
Grafico dello stato della lega (alluminio e rame)
Per descrivere in modo più chiaro l'interazione dei componenti del duralluminio allo stato solido e liquido, nonché per spiegare la natura del cambiamento nelle proprietà della lega, utilizzare il diagramma di stato.
Da esso si può vedere che la massima solubilità del Cu in una lega con alluminio si osserva ad una temperatura di 548°C e allo stesso tempo è del 5,7%. Quando la temperatura aumenta, aumenterà e quando scende, diminuirà. La solubilità minima (0,5%) sarà osservata a temperatura ambiente. Se il duralluminio viene indurito oltre i 400 ° C, diventerà una soluzione solida omogenea - α.
Durante questo processo, la soluzione solida si decomporrà. Una lega di alluminio e rame si comporta in modo molto insolito, la cui formula è CuAl2. Il processo è accompagnato dal rilascio della fase A1 in eccesso. Questa rottura avviene durantea lungo. Questo è l'invecchiamento naturale di cui abbiamo parlato prima.
Proprietà in lega
Legare un metallo con determinati elementi permette di aumentarne le caratteristiche. Ricordi il nome della lega alluminio-rame? Quali proprietà ha?
L'alluminio stesso è molto leggero, morbido e completamente fragile. È solubile in alcali e acidi debolmente concentrati. Aggiungendo rame e magnesio all'alluminio, puoi già ottenere una lega abbastanza resistente. Le sue prestazioni sono abbastanza facili da migliorare: devi solo lasciarlo sdraiato a temperatura ambiente. Quindi, l'effetto dell'invecchiamento aumenta la forza del duralluminio, come abbiamo detto sopra.
L'alluminio stesso è piuttosto leggero. Una piccola percentuale di rame non appesantisce la lega. Un' altra caratteristica positiva è la capacità di rifondere ripetutamente la lega. Allo stesso tempo, non perderà le sue proprietà. L'unica cosa che serve è dargli un "riposo" per un paio di giorni dopo il casting.
Lo svantaggio del duralluminio è la sua bassa resistenza alla corrosione. Pertanto, il più delle volte tale materiale è ricoperto da uno strato pulito di alluminio o dipinto con vernici e pitture.
Leghe di alluminio e loro applicazioni
Per la prima volta, il duralluminio è stato utilizzato per costruire dirigibili. La leggerezza e la resistenza di questo materiale hanno permesso di creare un ottimo velivolo. Per questo è stato utilizzato il marchio D16t. Attualmente, le leghe con alluminio, zinco, rame e altri elementi di lega sono ampiamente utilizzateastronautica, aviazione e altre aree dell'ingegneria meccanica.
Quindi, ad esempio, l'uso del duralluminio nella fabbricazione di un'auto può ridurne notevolmente il peso e il costo, ma allo stesso tempo sarà abbastanza forte.
In generale, si può notare che la gamma di questa lega è piuttosto ampia: tubi, fili, lamiere, nastri, tondini e pezzi fusi di varie forme. D16t è ancora considerato uno dei marchi più popolari e comuni. La minuscola "t" alla fine della marcatura significa che la lega è indurita e naturalmente invecchiata. Si usa:
- Nei progetti di veicoli spaziali, navi e aerei.
- Per la fabbricazione di parti varie per macchine utensili e macchine.
- Per la produzione di segnali stradali, segnali stradali.
Tutti dovrebbero conoscere il nome della lega di alluminio e rame. Dural è utilizzato anche nell'industria petrolifera. Quindi, tubi speciali realizzati con esso possono garantire il funzionamento del pozzo per 6-7 anni.
Qual è il nome della lega di alluminio e rame, facile da ricordare. Quindi, abbiamo detto quali proprietà ha e dove viene utilizzato. Può sostituire facilmente l'acciaio laminato, soprattutto se è necessario alleggerire la struttura.
