โลหะที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลกคืออะลูมิเนียม เรียกอีกอย่างว่า "โลหะบิน" แม้ว่าจะไม่พบในธรรมชาติในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่ก็สามารถพบได้ในแร่ธาตุหลายชนิด และโลหะผสมที่พบมากที่สุดซึ่งใช้ในการผลิตชิ้นส่วนและโครงสร้างจำนวนมากคือ ดูราลูมิน (ดูราลูมิน)
มันถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Alfred Wilm ซึ่งทำงานที่โรงงาน Dürener Metallwerke AG (Düren) เขาพิจารณาแล้วว่าโลหะผสมของอลูมิเนียมและทองแดงมีลักษณะที่ดีกว่าตัวโลหะเองในรูปแบบบริสุทธิ์มาก
กลุ่มโลหะผสมความแข็งแรงสูง
อันที่จริง ดูราลูมินเป็นกลุ่มของโลหะผสมทั้งหมดซึ่งมีส่วนประกอบหลักคืออลูมิเนียม และองค์ประกอบโลหะผสมของมันคือทองแดง สังกะสี แมงกานีส แมกนีเซียม แต่โดยทั่วไปแล้ว ลักษณะของพวกมันไม่ได้ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีการอบชุบด้วยความร้อนด้วย ในปี พ.ศ. 2446 ได้มีการค้นพบครั้งแรกว่าในระหว่างกระบวนการบ่ม โลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีทองแดงมีความทนทานและแข็งมากขึ้น
ปรากฏให้เห็นในภายหลัง เนื่องจากหลังจากการชุบแข็ง โลหะนั้นอยู่ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาหลายวัน สารละลายที่เป็นของแข็งที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดของมันจะสลายตัว และในทางกลับกันก็มาพร้อมกับการชุบแข็งของ วัสดุ
กระบวนการชราภาพและกลับสู่สภาพเดิม
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การเสื่อมสภาพของโลหะเป็นกระบวนการที่สำคัญ ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพและทางกล มันสามารถเป็นธรรมชาติและประดิษฐ์ ในกรณีแรก โลหะผสมจะถูกเก็บไว้เป็นเวลาหลายวันที่อุณหภูมิห้อง
เมื่ออายุมากขึ้น เวลาในการประมวลผลจะลดลง แต่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น เพื่อให้โลหะผสมกลับสู่สถานะเดิม อัลลอยด์จะต้องถูกทำให้ร้อนถึง 270 องศาเป็นเวลาสองสามวินาทีแล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว
ผลิตอะลูมิเนียม
ในการทำโลหะผสมอลูมิเนียมกับทองแดง คุณต้องมีอุปกรณ์ไฮเทคและแน่นอนว่าตัวโลหะเองด้วย มันขุดจากบอกไซต์ เป็นหินที่ต้องบด เติมน้ำ และนึ่งภายใต้ความกดอากาศสูง ดังนั้นซิลิกอนจึงถูกแยกออกจากอลูมินา จากนั้นมวลที่หนาจะถูกวางในอ่างพิเศษที่มีไครโอไลต์ที่ยืดออก เนื้อหาได้รับความร้อนถึง 950 ° C และกระแสไฟฟ้า 400 kA ถูกส่งผ่าน
นี้จะช่วยให้คุณสามารถทำลายพันธะระหว่างอะตอมของออกซิเจนและอลูมิเนียม เป็นผลให้หลังตกลงไปที่ด้านล่างเป็นโลหะเหลว นี่คือวิธีการหล่อที่ทำจากอะลูมิเนียมเหลว ตอนนี้โลหะพร้อมสำหรับการตัดเฉือนอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม เพื่อเพิ่มความแข็งแรง จำเป็นต้องเพิ่มองค์ประกอบการผสมเข้าไป เพื่อให้ได้โลหะผสมอลูมิเนียม - ทองแดงคุณภาพสูง
ผลิตดูราลูมิน
อลูมิเนียมอัลลอยด์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: หล่อและเสียรูป กระบวนการผลิตขึ้นอยู่กับว่าควรได้รับประเภทใดในที่สุด นอกจากนี้ วิธีการผลิตก็ขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการด้วย
สำหรับการผลิตดูราลูมินนั้น หลอมอลูมิเนียมแท่งในเตาไฟฟ้า ที่น่าสนใจ นี่เป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่สามารถแปลงจากของแข็งเป็นของเหลวและในทางกลับกันได้หลายครั้ง ซึ่งจะไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน ทองแดงและธาตุผสมอื่นๆ เช่น แมงกานีส เหล็ก และแมกนีเซียม จะถูกเติมลงในอะลูมิเนียมหลอมเหลว สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตอัตราส่วนร้อยละ: อะลูมิเนียม 93%, ทองแดง 5%, 2% ที่เหลือเป็นองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ
การชุบแข็งและการหลอมดูราลูมิน
บังคับสำหรับโลหะผสมดังกล่าวเป็นกระบวนการชุบแข็ง เวลาถือครองชิ้นส่วนขนาดเล็กเพียงไม่กี่นาที และอุณหภูมิประมาณ 500 °C ทันทีหลังทำ ดูราลูมินจะนุ่มและหนืด ง่ายต่อการเปลี่ยนรูปและแปรรูป เมื่อเวลาผ่านไป โลหะผสมจะแข็งตัวและคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมเพิ่มขึ้น หากเกินเกณฑ์อุณหภูมิ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและวัสดุจะสูญเสียคุณลักษณะไปหลังจากชุบแข็งแล้วต้องแช่น้ำเย็นอย่างช้าๆ
งั้นคุณก็รู้ชื่อโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงแล้ว มันมักจะยืมตัวเองไปสู่การเสียรูป: การรีดเย็น การดึง การปลอม ในกรณีนี้จะเกิดการชุบแข็งที่เรียกว่า นี่เป็นกระบวนการที่มีการเคลื่อนไหวและการคูณของความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นในโครงสร้างโลหะ เป็นผลให้โลหะผสมเปลี่ยนโครงสร้างให้แข็งขึ้นและแข็งแรงขึ้น ซึ่งจะช่วยลดความเหนียวและแรงกระแทก เพื่อให้การเสียรูปผ่านได้ง่ายขึ้นและการชุบแข็งงานไม่ทำลายโลหะจึงใช้การอบอ่อน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ โลหะผสมจะถูกทำให้ร้อนถึง 350 ° C แล้วระบายความร้อนในอากาศ
แผนภูมิสถานะของโลหะผสม (อลูมิเนียมและทองแดง)
เพื่อให้อธิบายปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบของดูราลูมินในสถานะของแข็งและของเหลวได้ชัดเจนที่สุด รวมถึงการอธิบายธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโลหะผสม ให้ใช้แผนภาพสถานะ
จะเห็นได้จากความสามารถในการละลายสูงสุดของ Cu ในโลหะผสมที่มีอลูมิเนียมที่อุณหภูมิ 548 ° C และในขณะเดียวกันก็อยู่ที่ 5.7% เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นก็จะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลง ความสามารถในการละลายน้อยที่สุด (0.5%) จะสังเกตได้ที่อุณหภูมิห้อง หากดูราลูมินแข็งตัวเหนือ 400 ° C ก็จะกลายเป็นสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน - α.
ในระหว่างนี้ สารละลายที่เป็นของแข็งจะสลายตัว โลหะผสมของอะลูมิเนียมและทองแดงมีพฤติกรรมผิดปกติอย่างมาก โดยมีสูตรคือ CuAl2 กระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยเฟส A1 ส่วนเกิน รายละเอียดนี้เกิดขึ้นระหว่างเวลานาน. นี่คือความชราตามธรรมชาติที่เรากล่าวถึงก่อนหน้านี้
คุณสมบัติของโลหะผสม
การผสมโลหะกับองค์ประกอบบางอย่างทำให้สามารถเพิ่มคุณลักษณะได้ คุณจำชื่อของโลหะผสมอลูมิเนียม - ทองแดงได้หรือไม่? มีคุณสมบัติอะไรบ้าง
อะลูมิเนียมเองนั้นเบามาก นุ่ม และเปราะบางไปหมด สามารถละลายได้ในกรดและด่างที่มีความเข้มข้นต่ำ การเพิ่มทองแดงและแมกนีเซียมลงในอะลูมิเนียม คุณจะได้โลหะผสมที่แข็งแรงพอสมควรอยู่แล้ว ประสิทธิภาพของมันค่อนข้างง่ายที่จะปรับปรุง คุณเพียงแค่ปล่อยให้มันนอนราบที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นผลของความชราจึงเพิ่มความแข็งแกร่งของดูราลูมินดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น
อลูมิเนียมเองค่อนข้างเบา ทองแดงเพียงเล็กน้อยไม่ได้ทำให้โลหะผสมหนักขึ้น ลักษณะเชิงบวกอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการหลอมโลหะผสมซ้ำหลายครั้ง ในขณะเดียวกันก็จะไม่สูญเสียคุณสมบัติของมัน สิ่งเดียวที่จำเป็นคือการ "พัก" สักสองสามวันหลังจากแคสต์
ข้อเสียของดูราลูมินคือทนต่อการกัดกร่อนต่ำ ดังนั้น วัสดุดังกล่าวส่วนใหญ่มักถูกปกคลุมด้วยชั้นอลูมิเนียมที่สะอาดหรือทาสีด้วยสารเคลือบเงาและสี
อลูมิเนียมอัลลอยด์และการใช้งาน
ใช้ดูราลูมินทำเรือบินเป็นครั้งแรก ความเบาและความแข็งแรงของวัสดุนี้ทำให้สามารถสร้างเครื่องบินที่ยอดเยี่ยมได้ ด้วยเหตุนี้จึงใช้แบรนด์ D16t ในปัจจุบัน โลหะผสมที่มีอะลูมิเนียม สังกะสี ทองแดง และธาตุผสมอื่น ๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์การบิน การบิน และสาขาอื่น ๆ ของวิศวกรรมเครื่องกล
ตัวอย่างเช่น การใช้ดูราลูมินในการผลิตรถยนต์สามารถลดน้ำหนักและราคาได้อย่างมาก แต่ในขณะเดียวกันก็แข็งแกร่งเพียงพอ
โดยทั่วไปจะสังเกตได้ว่าช่วงของโลหะผสมนี้ค่อนข้างกว้าง: ท่อ, สายไฟ, แผ่น, เทป, แท่งและชิ้นส่วนหล่อที่มีรูปร่างต่างๆ D16t ยังถือว่าเป็นหนึ่งในแบรนด์ยอดนิยมและเป็นที่นิยมมากที่สุด ตัวอักษรตัวเล็ก "t" ที่ส่วนท้ายของการทำเครื่องหมายหมายความว่าโลหะผสมนั้นแข็งตัวและมีอายุตามธรรมชาติ ใช้:
- ในการออกแบบยานอวกาศ เรือ และเครื่องบิน
- สำหรับผลิตชิ้นส่วนต่างๆ สำหรับเครื่องจักรและเครื่องจักร
- ผลิตป้ายถนน ป้ายถนน
ทุกคนควรรู้ชื่อโลหะผสมอลูมิเนียมและทองแดง Dural ยังใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมัน ดังนั้นท่อพิเศษที่ทำจากมันจึงรับประกันการทำงานของบ่อน้ำได้นาน 6-7 ปี
อลูมินั่มกับทองแดงชื่ออะไร จำง่าย ดังนั้นเราจึงบอกว่ามีคุณสมบัติอะไรบ้างและใช้ที่ใด สามารถเปลี่ยนเหล็กแผ่นรีดได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากจำเป็นต้องทำให้โครงสร้างมีน้ำหนักเบา
