Jedním z nejběžnějších kovů na Zemi je hliník. Říká se mu také „létající kov“. Přestože se v přírodě nenachází v čisté formě, lze jej nalézt v mnoha minerálech. A nejběžnější slitina, která se používá k výrobě mnoha dílů a konstrukcí, je dural (duralumin).
Vynalezl jej německý vědec Alfred Wilm, který pracoval v závodě Dürener Metallwerke AG (Düren). Zjistil, že slitina hliníku a mědi má mnohem lepší vlastnosti než samotný kov ve své čisté formě.
Skupina vysoce pevných slitin
Duralumin je ve skutečnosti celá skupina slitin, ve kterých je hlavní složkou hliník a jeho legujícími prvky jsou měď, zinek, mangan, hořčík. Ale obecně platí, že jejich vlastnosti jsou určeny nejen složením, ale také způsobem tepelného zpracování. V roce 1903 bylo poprvé zjištěno, že během procesu stárnutí vzniká hliníková slitina směď se stává ještě odolnější a tvrdší.
Jak se později ukázalo, je to způsobeno tím, že když má kov po vytvrzení několik dní pokojovou teplotu, jeho přesycený pevný roztok se rozloží, což je zase doprovázeno vytvrzením materiál.
Proces stárnutí a návrat do předchozího stavu
Jak již bylo zmíněno dříve, stárnutí kovů je důležitý proces, který je způsoben strukturálními přeměnami, které způsobují změny fyzikálních a mechanických vlastností. Může být přirozený i umělý. V prvním případě je slitina uchovávána několik dní při pokojové teplotě.
Umělým stárnutím se zkrátí doba zpracování, ale zvýší se teplota. Aby se slitina vrátila do předchozího stavu, musí se na několik sekund zahřát na 270 stupňů a poté rychle zchladit.
Výroba hliníku
Abyste mohli vyrobit slitinu hliníku s mědí, potřebujete špičkové vybavení a samozřejmě i samotný kov. Těží se z bauxitu. To je hornina, kterou je potřeba rozdrtit, přidat do ní vodu a pod vysokým tlakem napařit. Tak se křemík oddělí od oxidu hlinitého. Poté se hustá hmota umístí do speciální lázně s narovnaným kryolitem. Obsah se zahřeje na 950 °C a prochází jím elektrický proud 400 kA.
To vám umožní přerušit vazbu mezi atomy kyslíku a hliníku. V důsledku toho se tento usadí na dně jako tekutý kov. Takto se vyrábí odlitky z tekutého hliníku. Nyní kovzcela připraven k opracování. Pro zvýšení její pevnosti je však nutné do ní přidat legující prvky a získat tak vysoce kvalitní slitinu hliníku a mědi.
Výroba duralu
Celkově jsou všechny hliníkové slitiny rozděleny do dvou skupin: lité a deformované. Proces jejich výroby závisí právě na tom, jaký druh by měl být nakonec získán. Kromě toho způsob výroby také závisí na požadovaných vlastnostech.
Pro výrobu duralu se hliníkové ingoty taví v elektrické peci. Zajímavé je, že jde o jeden z mála kovů, které lze mnohokrát přeměnit z pevného na kapalné a naopak. To neovlivní jeho výkon. Měď a další legující prvky, jako je mangan, železo a hořčík, se postupně přidávají do roztaveného hliníku. Je velmi důležité dodržet procentuální poměr: 93 % hliník, 5 % měď, zbývající 2 % jsou ostatní legující prvky.
Kalení a žíhání duralu
U takové slitiny je proces kalení povinný. Výdrž malých dílů je jen několik minut a teplota je asi 500 °C. Bezprostředně po zákroku je dural měkký a viskózní. Snadno se deformuje a zpracovává. Po určité době slitina ztvrdne a zvýší se její mechanické vlastnosti. Při překročení teplotního prahu dochází k oxidaci a materiál ztrácí své vlastnosti. Po vytvrzení se musí pomalu chladit ve studené vodě.
Takže už znáte název slitiny hliníku a mědi. Často se hodí k deformaci: válcování za studena, tažení, kování. V tomto případě dochází k tzv. kalení. Jedná se o proces, při kterém dochází v kovové struktuře k pohybu a množení dislokací. V důsledku toho samotná slitina mění svou strukturu, stává se tvrdší a pevnější. Tím se snižuje jeho tažnost a rázová houževnatost. Aby deformace snáze procházely a pracovní zpevnění nezničilo kov, používá se žíhání. K tomu se slitina zahřeje na 350 °C a poté se ochladí na vzduchu.
Tabulka stavu slitiny (hliník a měď)
Aby bylo možné co nejjasněji popsat interakci složek duralu v pevném a kapalném stavu a také vysvětlit povahu změny vlastností slitiny, použijte stavový diagram.
Je z něj vidět, že nejvyšší rozpustnost Cu ve slitině s hliníkem je pozorována při teplotě 548 °C a zároveň je 5,7 %. Když teplota stoupne, zvýší se, a když klesne, sníží se. Minimální rozpustnost (0,5 %) bude pozorována při teplotě místnosti. Pokud je dural vytvrzen nad 400 °C, stane se pevným homogenním roztokem - α.
Během tohoto procesu se pevný roztok rozloží. Velmi neobvykle se chová slitina hliníku a mědi, jejíž vzorec je CuAl2. Proces je doprovázen uvolněním přebytečné fáze A1. K tomuto rozpadu dochází běhemdlouho. Toto je přirozené stárnutí, o kterém jsme se zmínili dříve.
Vlastnosti slitiny
Legování kovu s určitými prvky umožňuje zvýšit jeho vlastnosti. Pamatujete si název slitiny hliníku a mědi? Jaké vlastnosti má?
Samotný hliník je velmi lehký, měkký a zcela křehký. Je rozpustný ve slabě koncentrovaných zásadách a kyselinách. Přidáním mědi a hořčíku k hliníku již můžete získat poměrně pevnou slitinu. Jeho výkon lze celkem snadno vylepšit – stačí jej nechat uležet při pokojové teplotě. Efekt stárnutí tedy zvyšuje pevnost duralu, jak jsme o tom hovořili výše.
Hliník sám o sobě je docela lehký. Malé procento mědi nečiní slitinu těžší. Další pozitivní vlastností je schopnost opakovaně přetavit slitinu. Zároveň neztratí své vlastnosti. Jediné, co je potřeba, je dát mu po odlití pár dní „odpočinek“.
Nevýhodou duralu je jeho nízká odolnost proti korozi. Proto je nejčastěji takový materiál pokrytý čistou vrstvou hliníku nebo lakován laky a barvami.
Slitiny hliníku a jejich aplikace
Poprvé byl k výrobě vzducholodí použit dural. Lehkost a pevnost tohoto materiálu umožnila vytvořit vynikající letoun. K tomu byla použita značka D16t. V současné době jsou široce používány slitiny s hliníkem, zinkem, mědí a dalšími legujícími prvkykosmonautika, letectví a další oblasti strojírenství.
Například použití duralu při výrobě auta může výrazně snížit jeho hmotnost a náklady, ale zároveň bude dostatečně pevné.
Obecně lze poznamenat, že sortiment této slitiny je poměrně široký: trubky, dráty, plechy, pásky, tyče a odlévané díly různých tvarů. D16t je stále považován za jednu z nejoblíbenějších a nejběžnějších značek. Malé písmeno „t“na konci označení znamená, že slitina je vytvrzená a přirozeně stárnutá. Používá se:
- V návrzích kosmických lodí, lodí a letadel.
- Pro výrobu různých dílů pro obráběcí stroje a stroje.
- Pro výrobu pouličních značek, dopravních značek.
Každý by měl znát název slitiny hliníku a mědi. Dural se také používá v ropném průmyslu. Speciální potrubí z něj tedy může zajistit provoz vrtu po dobu 6-7 let.
Jak se nazývá slitina hliníku a mědi, snadno zapamatovatelné. Řekli jsme si tedy, jaké vlastnosti má a kde se používá. Může snadno nahradit válcovanou ocel, zvláště pokud je nutné konstrukci odlehčit.
