Jedným z najbežnejších kovov na Zemi je hliník. Hovorí sa mu aj „lietajúci kov“. Hoci sa v prírode nenachádza v čistej forme, možno ho nájsť v mnohých mineráloch. A najbežnejšou zliatinou, ktorá sa používa na výrobu mnohých dielov a štruktúr, je dural (dural).
Vynašiel ho nemecký vedec Alfred Wilm, ktorý pracoval v závode Dürener Metallwerke AG (Düren). Zistil, že zliatina hliníka a medi má oveľa lepšie vlastnosti ako samotný kov vo svojej čistej forme.
Skupina zliatin s vysokou pevnosťou
Duralumin je v skutočnosti celá skupina zliatin, ktorých hlavnou zložkou je hliník a jeho legovacími prvkami sú meď, zinok, mangán, horčík. Vo všeobecnosti však ich vlastnosti určuje nielen zloženie, ale aj spôsob tepelného spracovania. V roku 1903 sa prvýkrát zistilo, že počas procesu starnutia vzniká zliatina hliníka smeď sa stáva ešte odolnejšou a tvrdšou.
Ako sa neskôr ukázalo, je to spôsobené tým, že keď má kov po vytvrdnutí niekoľko dní izbovú teplotu, jeho presýtený tuhý roztok sa rozkladá, čo je následne sprevádzané vytvrdzovaním materiál.
Proces starnutia a návrat do predchádzajúceho stavu
Ako už bolo spomenuté, starnutie kovov je dôležitý proces, ktorý je spôsobený štrukturálnymi premenami, ktoré spôsobujú zmeny fyzikálnych a mechanických vlastností. Môže to byť prirodzené a umelé. V prvom prípade sa zliatina uchováva niekoľko dní pri izbovej teplote.
Pri umelom starnutí sa skráti čas spracovania, ale zvýši sa teplota. Aby sa zliatina vrátila do predchádzajúceho stavu, musí sa zahriať na 270 stupňov na niekoľko sekúnd a potom rýchlo ochladiť.
Výroba hliníka
Na výrobu zliatiny hliníka s meďou potrebujete špičkové vybavenie a samozrejme aj samotný kov. Ťaží sa z bauxitu. Ide o horninu, ktorú treba rozdrviť, pridať do nej vodu a pod vysokým tlakom napariť. Tak sa kremík oddelí od oxidu hlinitého. Potom sa hustá hmota umiestni do špeciálneho kúpeľa s narovnaným kryolitom. Obsah sa zahreje na 950 °C a prechádza ním elektrický prúd 400 kA.
To vám umožňuje prerušiť väzbu medzi atómami kyslíka a hliníka. V dôsledku toho sa tento usadí na dne ako tekutý kov. Takto sa vyrábajú odliatky z tekutého hliníka. Teraz kovúplne pripravený na opracovanie. Aby sa však zvýšila jej pevnosť, je potrebné do nej pridať legujúce prvky a získať tak kvalitnú zliatinu hliníka a medi.
Výroba duralu
Celkovo sú všetky hliníkové zliatiny rozdelené do dvoch skupín: liate a deformované. Proces ich výroby závisí presne od toho, aký druh by sa mal nakoniec získať. Okrem toho spôsob výroby závisí aj od požadovaných vlastností.
Na výrobu duralu sa hliníkové ingoty tavia v elektrickej peci. Je zaujímavé, že ide o jeden z mála kovov, ktoré sa môžu mnohokrát premeniť z pevného na kvapalné a naopak. To neovplyvní jeho výkon. Meď a ďalšie legujúce prvky, ako je mangán, železo a horčík, sa postupne pridávajú do roztaveného hliníka. Je veľmi dôležité dodržať percentuálny pomer: 93 % hliník, 5 % meď, zvyšné 2 % sú ostatné legujúce prvky.
Kalenie a žíhanie duralu
Pre takúto zliatinu je povinný proces kalenia. Výdrž malých častí je len niekoľko minút a teplota je približne 500 °C. Bezprostredne po zákroku je dural mäkký a viskózny. Ľahko sa deformuje a spracováva. Po určitom čase zliatina stvrdne a zvýšia sa jej mechanické vlastnosti. Ak sa prekročí prah teploty, dôjde k oxidácii a materiál stratí svoje vlastnosti. Po vytvrdnutí sa musí pomaly ochladiť v studenej vode.
Takže už poznáte názov zliatiny hliníka a medi. Často sa deformuje: valcovanie za studena, ťahanie, kovanie. V tomto prípade dochádza k tvrdnutiu tzv. Ide o proces, počas ktorého dochádza v kovovej štruktúre k pohybu a množeniu dislokácií. V dôsledku toho samotná zliatina mení svoju štruktúru, stáva sa tvrdšou a pevnejšou. To znižuje jeho ťažnosť a rázovú pevnosť. Aby deformácie ľahšie prešli a pracovné kalenie nezničilo kov, používa sa žíhanie. Za týmto účelom sa zliatina zahreje na 350 °C a potom sa ochladí na vzduchu.
Tabuľka stavu zliatiny (hliník a meď)
Aby bolo možné čo najjasnejšie popísať vzájomné pôsobenie zložiek duralu v pevnom a kvapalnom stave, ako aj vysvetliť povahu zmeny vlastností zliatiny, použite stavový diagram.
Z nej vidno, že najvyššiu rozpustnosť Cu v zliatine s hliníkom pozorujeme pri teplote 548 °C a zároveň je to 5,7 %. Keď teplota stúpne, zvýši sa a keď klesne, zníži sa. Minimálna rozpustnosť (0,5 %) bude pozorovaná pri teplote miestnosti. Ak je dural vytvrdený nad 400 °C, stane sa tuhým homogénnym roztokom - α.
Počas tohto procesu sa tuhý roztok rozloží. Veľmi nezvyčajne sa správa zliatina hliníka a medi, ktorej vzorec je CuAl2. Proces je sprevádzaný uvoľnením prebytočnej fázy A1. K tomuto rozpadu dochádza počasdlho. Toto je prirodzené starnutie, ktoré sme už spomenuli.
Vlastnosti zliatin
Zliatie kovu s určitými prvkami umožňuje zvýšiť jeho vlastnosti. Pamätáte si názov zliatiny hliníka a medi? Aké vlastnosti má?
Hliník samotný je veľmi ľahký, mäkký a úplne krehký. Je rozpustný v slabo koncentrovaných zásadách a kyselinách. Pridaním medi a horčíka do hliníka už môžete získať pomerne silnú zliatinu. Jeho výkon sa dá celkom ľahko zlepšiť – stačí ho nechať ležať pri izbovej teplote. Vplyv starnutia teda zvyšuje pevnosť duralu, ako sme o tom hovorili vyššie.
Hliník ako taký je celkom ľahký. Malé percento medi nerobí zliatinu ťažšou. Ďalšou pozitívnou vlastnosťou je schopnosť opakovane pretavovať zliatinu. Zároveň nestratí svoje vlastnosti. Jediné, čo je potrebné, je dať mu pár dní „odpočinok“po nahodení.
Nevýhodou duralu je jeho nízka korózna odolnosť. Preto je takýto materiál najčastejšie pokrytý čistou vrstvou hliníka alebo lakovaný lakmi a farbami.
Zliatiny hliníka a ich aplikácie
Po prvýkrát bol na výrobu vzducholodí použitý dural. Ľahkosť a pevnosť tohto materiálu umožnili vytvoriť vynikajúce lietadlo. Na to bola použitá značka D16t. V súčasnosti sa široko používajú zliatiny s hliníkom, zinkom, meďou a inými legovacími prvkamiastronautika, letectvo a ďalšie oblasti strojárstva.
Takže napríklad použitie duralu pri výrobe auta môže výrazne znížiť jeho hmotnosť a náklady, no zároveň bude dostatočne pevné.
Vo všeobecnosti možno poznamenať, že rozsah tejto zliatiny je pomerne široký: rúry, drôty, plechy, pásky, tyče a liate diely rôznych tvarov. D16t je stále považovaná za jednu z najpopulárnejších a najbežnejších značiek. Malé písmeno „t“na konci označenia znamená, že zliatina je vytvrdená a prirodzene starne. Používa sa:
- V dizajne kozmických lodí, lodí a lietadiel.
- Na výrobu rôznych dielov pre obrábacie stroje a stroje.
- Na výrobu pouličných značiek, dopravných značiek.
Každý by mal poznať názov zliatiny hliníka a medi. Dural sa používa aj v ropnom priemysle. Špeciálne rúry z neho teda môžu zabezpečiť prevádzku studne na 6-7 rokov.
Aký je názov zliatiny hliníka a medi, ľahko zapamätateľný. Povedali sme si teda, aké vlastnosti má a kde sa používa. Môže ľahko nahradiť valcovanú oceľ, najmä ak je potrebné, aby bola konštrukcia ľahká.
