Một trong những kim loại phổ biến nhất trên Trái đất là nhôm. Nó còn được gọi là "kim loại bay". Mặc dù nó không được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng nguyên chất, nhưng nó có thể được tìm thấy trong nhiều loại khoáng chất. Và hợp kim phổ biến nhất, được sử dụng để sản xuất nhiều bộ phận và cấu trúc, là duralumin (duralumin).
Nó được phát minh bởi nhà khoa học người Đức Alfred Wilm, người làm việc tại nhà máy Dürener Metallwerke AG (Düren). Ông xác định rằng hợp kim của nhôm và đồng có các đặc tính tốt hơn nhiều so với bản thân kim loại ở dạng nguyên chất.
Nhóm hợp kim độ bền cao
Trên thực tế, duralumin là một nhóm hợp kim tổng thể, trong đó thành phần chính là nhôm, và các nguyên tố hợp kim của nó là đồng, kẽm, mangan, magiê. Nhưng nói chung, các đặc tính của chúng không chỉ được xác định bởi thành phần, mà còn bởi phương pháp xử lý nhiệt. Năm 1903, lần đầu tiên người ta phát hiện ra rằng trong quá trình lão hóa, một hợp kim nhôm vớiđồng thậm chí còn trở nên bền và cứng hơn.
Sau này hóa ra, điều này là do khi kim loại ở nhiệt độ phòng trong vài ngày, sau khi cứng lại, dung dịch rắn siêu bão hòa của nó bị phân hủy, và điều này, đến lượt nó, kèm theo sự cứng lại của vật liệu.
Quá trình lão hóa và trở về trạng thái trước đây
Như đã đề cập trước đó, lão hóa kim loại là một quá trình quan trọng, nguyên nhân là do sự biến đổi cấu trúc gây ra những thay đổi về tính chất cơ lý. Nó có thể là tự nhiên và nhân tạo. Trong trường hợp đầu tiên, hợp kim được giữ trong vài ngày ở nhiệt độ phòng.
Với quá trình lão hóa nhân tạo, thời gian xử lý được giảm xuống, nhưng nhiệt độ được tăng lên. Để hợp kim trở lại trạng thái trước đó, nó phải được nung nóng đến 270 độ trong vài giây và sau đó nhanh chóng làm lạnh.
Sản xuất nhôm
Để tạo ra hợp kim của nhôm với đồng, bạn cần thiết bị công nghệ cao và tất nhiên, chính kim loại đó. Nó được khai thác từ bauxite. Đây là loại đá cần được đập nhỏ, thêm nước và hấp dưới áp suất cao. Do đó, silic được tách ra khỏi alumin. Sau đó, khối dày được đặt trong một bể đặc biệt với criolit đã được nắn thẳng. Nội dung được nung nóng đến 950 ° C và một dòng điện 400 kA chạy qua nó.
Điều này cho phép bạn phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử oxy và nhôm. Kết quả là, sau này lắng xuống đáy như một kim loại lỏng. Đây là cách đúc được làm từ nhôm lỏng. Bây giờ là kim loạihoàn toàn sẵn sàng để gia công. Tuy nhiên, để tăng sức mạnh của nó, cần phải thêm các nguyên tố hợp kim vào nó và do đó thu được hợp kim nhôm-đồng chất lượng cao.
Sản xuất Duralumin
Tổng cộng, tất cả các hợp kim nhôm được chia thành hai nhóm: đúc và biến dạng. Quá trình sản xuất của họ phụ thuộc chính xác vào loại cuối cùng sẽ thu được. Ngoài ra, phương pháp sản xuất cũng phụ thuộc vào các đặc tính yêu cầu.
Để sản xuất duralumin, các thỏi nhôm được nấu chảy trong lò điện. Điều thú vị là đây là một trong số ít kim loại có thể chuyển từ thể rắn sang thể lỏng và ngược lại nhiều lần. Điều này sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Đồng và các nguyên tố hợp kim khác như mangan, sắt và magiê lần lượt được thêm vào nhôm nóng chảy. Điều rất quan trọng là phải quan sát tỷ lệ phần trăm: 93% nhôm, 5% đồng, 2% còn lại là các nguyên tố hợp kim khác.
Làm cứng và ủ duralumin
Bắt buộc đối với một hợp kim như vậy là quá trình làm cứng. Thời gian giữ cho các bộ phận nhỏ chỉ trong vài phút và nhiệt độ khoảng 500 ° C. Ngay sau khi làm thủ thuật, duralumin mềm và nhớt. Nó rất dễ biến dạng và gia công. Sau một thời gian, hợp kim cứng lại và cơ tính của nó tăng lên. Nếu vượt quá ngưỡng nhiệt độ, quá trình oxy hóa xảy ra và vật liệu mất đặc tính. Sau khi đông cứng phải được làm nguội từ từ trong nước mát.
Như vậy, bạn đã biết tên hợp kim nhôm-đồng. Nó thường tự cho mình biến dạng: cán nguội, vẽ, rèn. Trong trường hợp này, cái gọi là cứng xảy ra. Đây là một quá trình trong đó xảy ra chuyển động và nhân lên của các sai lệch trong cấu trúc kim loại. Kết quả là hợp kim tự thay đổi cấu trúc, trở nên cứng hơn và mạnh hơn. Điều này làm giảm độ dẻo và độ bền va đập của nó. Để quá trình biến dạng xảy ra dễ dàng hơn và quá trình làm cứng không phá hủy kim loại, người ta sử dụng phương pháp ủ. Để làm được điều này, hợp kim được nung nóng đến 350 ° C và sau đó được làm lạnh trong không khí.
Biểu đồ trạng thái của hợp kim (nhôm và đồng)
Để mô tả rõ ràng nhất sự tương tác của các thành phần của duralumin ở trạng thái rắn và lỏng, cũng như để giải thích bản chất của sự thay đổi tính chất của hợp kim, hãy sử dụng giản đồ trạng thái.
Từ đó có thể thấy rằng độ tan cao nhất của Cu trong hợp kim với nhôm ở nhiệt độ 548 ° C và đồng thời là 5,7%. Khi nhiệt độ tăng lên, nó sẽ tăng lên và khi nó giảm xuống, nó sẽ giảm xuống. Độ hòa tan tối thiểu (0,5%) sẽ được quan sát ở nhiệt độ phòng. Nếu duralumin được làm cứng trên 400 ° C, nó sẽ trở thành một dung dịch đồng nhất rắn - α.
Trong quá trình này, dung dịch rắn sẽ bị phân hủy. Một hợp kim của nhôm và đồng hoạt động rất bất thường, công thức của nó là CuAl2.Quá trình đi kèm với việc giải phóng giai đoạn A1 dư thừa. Sự cố này diễn ra trongthời gian dài. Đây là sự lão hóa tự nhiên mà chúng tôi đã đề cập trước đó.
Tính chất hợp kim
Hợp kim hóa với một số nguyên tố nhất định có thể làm tăng đặc tính của nó. Bạn có nhớ tên của hợp kim nhôm-đồng? Nó có những đặc tính nào?
Bản thân nhôm rất nhẹ, mềm và hoàn toàn dễ vỡ. Nó có thể hòa tan trong kiềm và axit đặc yếu. Bằng cách thêm đồng và magiê vào nhôm, bạn đã có thể có được một hợp kim khá bền. Hiệu suất của nó khá dễ dàng để cải thiện - bạn chỉ cần để nó nằm ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, tác động của lão hóa làm tăng sức mạnh của duralumin, như chúng ta đã nói ở trên.
Bản thân
Aluminium khá nhẹ. Một tỷ lệ nhỏ đồng không làm cho hợp kim nặng hơn. Một đặc tính tích cực khác là khả năng nấu chảy lại nhiều lần hợp kim. Đồng thời, nó sẽ không bị mất đi tính chất của nó. Điều duy nhất cần thiết là cho nó "nghỉ ngơi" trong vài ngày sau khi truyền.
Nhược điểm của duralumin là khả năng chống ăn mòn thấp. Do đó, hầu hết các vật liệu như vậy thường được bao phủ bởi một lớp nhôm sạch hoặc sơn bằng vecni và sơn.
Hợp kim nhôm và ứng dụng của chúng
Lần đầu tiên, duralumin được sử dụng để chế tạo khí cầu. Độ nhẹ và độ bền của vật liệu này đã giúp nó có thể tạo ra một chiếc máy bay tuyệt vời. Đối với điều này, nhãn hiệu D16t đã được sử dụng. Hiện tại, hợp kim với nhôm, kẽm, đồng và các nguyên tố hợp kim khác được sử dụng rộng rãi trongdu hành vũ trụ, hàng không và các lĩnh vực kỹ thuật cơ khí khác.
Vì vậy, ví dụ, việc sử dụng duralumin trong sản xuất ô tô có thể làm giảm đáng kể trọng lượng và chi phí của nó, nhưng đồng thời nó cũng đủ mạnh.
Nhìn chung, có thể lưu ý rằng phạm vi của hợp kim này khá rộng: ống, dây điện, tấm, băng, thanh và các bộ phận đúc có nhiều hình dạng khác nhau. D16t vẫn được coi là một trong những thương hiệu phổ biến và thông dụng nhất. Chữ cái nhỏ "t" ở cuối ký hiệu có nghĩa là hợp kim được làm cứng và già đi một cách tự nhiên. Nó được sử dụng:
- Trong các thiết kế của tàu vũ trụ, tàu thủy và máy bay.
- Để sản xuất các bộ phận khác nhau cho máy công cụ và máy móc.
- Để sản xuất biển báo, biển báo đường bộ.
Mọi người nên biết tên của hợp kim nhôm và đồng. Dural cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu mỏ. Vì vậy, những đường ống đặc biệt làm từ nó có thể đảm bảo hoạt động của giếng trong 6-7 năm.
Tên hợp kim của nhôm và đồng là gì, dễ nhớ. Vì vậy, chúng tôi đã cho biết nó có những đặc tính gì và nó được sử dụng ở đâu. Nó có thể dễ dàng thay thế thép cuộn, đặc biệt nếu cần làm cho kết cấu nhẹ.
