Одним з найпоширеніших металів на Землі вважається алюміній. Його ще називають «летючим металом». Незважаючи на те, що в природі він не зустрічається в чистому вигляді, його можна знайти у багатьох мінералах. А найпоширеніший сплав, який використовується для виробництва безлічі деталей і конструкцій, – це дюралюміній (дюраль). Його винайшов німецький учений Альфред Вільм, який працював на заводі Durener Metallwerke AG (місто Дурень). Він визначив, що сплав алюмінію з міддю має набагато кращі характеристики, ніж сам метал у чистому вигляді.

Група високоміцних сплавів

Насправді дюралюміній – це ціла група сплавів, в яких основним компонентом є алюміній, а його легуючими елементами – мідь, цинк, марганець, магній. Але в цілому їх характеристика визначається не тільки складом, але і спосіб термообробки. У 1903 році вперше було виявлено, що в процесі старіння сплав алюмінію з міддю стає ще більш міцним і твердим. Як з'ясувалося пізніше, це пояснюється тим, що коли після гарту метал знаходиться кілька днів при кімнатній температурі, його перенасичений твердий розчин розпадається, а це, в свою чергу, супроводжується зміцненням матеріалу.

Процес старіння і повернення до попереднього стану

Як вже було сказано раніше, старіння металу – важливий процес, який обумовлюється структурними перетвореннями, що викликають зміни фізичних і механічних властивостей. Воно може бути природним і штучним. У першому випадку сплав витримують кілька діб при кімнатній температурі.


При штучному старінні час обробки скорочується, але при цьому збільшується температура. Для того щоб повернути сплав до попереднього стану, його необхідно на декілька секунд нагріти до 270 градусів і потім швидко остудити.

Виробництво алюмінію

Для того щоб виготовити сплав алюмінію з міддю, необхідно високотехнологічне обладнання і, звичайно ж, сам метал. Його добувають з бокситів. Це гірська порода, яку необхідно подрібнити, додати в неї воду і обробити парою під великим тиском. Таким чином з глинозему відокремлюють кремній. Потім густу масу поміщають у спеціальну ванну з розправленим криолитом. Вміст нагрівають до 950 °С і через нього пропускають електричний струм в 400 кА. Це дозволяє розірвати зв'язок між атомами кисню і алюмінію. В результаті останній осідає на дно в якості рідкого металу. Так з рідкого алюмінію роблять виливки. Тепер метал повністю готовий до механічної обробки. Однак для того щоб підвищити його міцність, необхідно в нього додати легуючі елементи і таким чином отримати високоякісний сплав алюмінію з міддю.

Виробництво дюран

В цілому всі алюмінієві сплави поділяються на дві групи: ливарні і деформовані. Процес їх виробництва залежить саме від того, який вигляд повинен вийти в кінцевому підсумку. Крім того, спосіб виготовлення також залежить і від необхідних характеристик. Для виробництва дюралю алюмінієві зливки розплавляють в електричній печі. Цікаво, що це один з небагатьох металів, який можна переводити з твердого стану в рідке і навпаки безліч разів. Це не вплине на його характеристики. В розплавлений алюміній по черзі додають мідь та інші легуючі елементи, такі як марганець, залізо, магній. Дуже важливо дотримуватися співвідношення: 93% алюмінію, 5% міді, решта 2% припадає на інші легуючі елементи.

Загартування і відпал дюралю

Обов'язковим для такого сплаву є процес гарту. Час витримки для невеликих деталей становить всього кілька хвилин, а температура - близько 500 °С. Відразу після процедури дюраль виходить м'яким і в'язким. Він легко піддається деформації і обробці. Через деякий час сплав твердне і його механічні властивості підвищуються. Якщо перевищити поріг температури, відбувається окислення і матеріал втрачає свої характеристики. Після гарту його необхідно повільно охолодити в прохолодній воді. Отже, ви вже знаєте, як називається сплав алюмінію з міддю. Він нерідко піддається деформації: холодного прокату, витяжки, куванні. При цьому виникає так звана нагартовка. Це процес, в ході якого в структурі металу відбувається пересування і розмноження дислокацій. В результаті сам сплав змінює свою структуру, стає більш твердим і міцним. При цьому знижується її пластичність і ударна в'язкість. Для того щоб деформації проходили більш легко і нагартовка не руйнувала метал, використовують відпал. Для цього сплав нагрівають до 350 °С і потім охолоджують на повітрі.

Діаграма стану сплаву (алюміній і мідь)

Для того щоб найбільш чітко описати взаємодію компонентів дюралю в твердому і рідкому стані, а також пояснити характер зміни властивостей сплаву, використовують діаграму станів. З неї видно, що найбільша розчинність Cu в сплаві з алюмінієм спостерігається при температурі 548 °С і при цьому вона становить 57 %. При підвищенні температури вона буде збільшуватися, а при зниженні – зменшується. Мінімальна розчинність (05 %) буде спостерігатися при кімнатній температурі. Якщо ж дюраль загартувати вище 400 °С, він стане твердим однорідним розчином – ?.
Під час цього процесу буде відбуватися розпад твердого розчину. Дуже незвично веде себе сплав алюмінію і міді, формула якого - CuAl 2. Процес супроводжується виділенням надлишкової фази А1. Такий розпад протікає протягом тривалого часу. Це і є те природне старіння, про який ми вже згадували раніше.

Властивості сплаву

Легування металу тими чи іншими елементами дозволяє підвищити його характеристики. Ви запам'ятали, як називається сплав алюмінію з міддю? Якими ж властивостями він володіє? Сам по собі алюміній дуже легкий, м'який і абсолютно неміцний. Він розчинний у слабо концентрованих лугах і кислотах. Додавши до алюмінію мідь і магній, можна отримати вже досить міцний сплав. Його експлуатаційні параметри досить легко поліпшити – просто потрібно залишити полежати при кімнатній температурі. Так, ефект старіння збільшує міцність дюралю, про що ми говорили вище. Сам по собі алюміній досить легкий. Незначний відсоток міді не обтяжує сплав. Ще одна позитивна характеристика – це можливість багаторазово переплавляти сплав. При цьому він не буде втрачати своїх властивостей. Єдине, що необхідно, так це після виливки дати йому «відпочити» пару діб. Недоліком дюралюмінію є його низька корозійна стійкість. Тому найчастіше такий матеріал покривають чистим шаром алюмінію або фарбують лаками і фарбами.

Алюмінієві сплави та їх застосування

Вперше дюраль був використаний для виготовлення дирижаблів. Легкість і міцність цього матеріалу дозволила створити відмінний літальний апарат. Для цього застосовувалася марка Д16т. В даний час сплави з алюмінієм, цинком, міддю і іншими легуючими елементами широко використовуються в космонавтиці, авіації та інших галузях машинобудування. Так, наприклад, використання дюралюмінію при виготовленні авто може значно знизити його вага та вартість, але при цьому воно буде досить міцним. Загалом, можна відзначити, що асортимент даного сплаву досить широкий: труби, дріт, листи, стрічки, прутки та литі деталі різних форм. Однією з найбільш популярних і поширених марок, як і раніше вважається Д16т. Маленька літера «т» в кінці маркування означає, що сплав загартований і природно постарів. Він використовується:

У конструкціях космічних апаратів, морських суден і літаків.

Для виготовлення різних деталей для верстатів і машин.

Для виготовлення вуличних табличок, дорожніх знаків.

Назва сплаву алюмінію і міді повинен знати кожен. Дюраль використовується і в нафтовій промисловості. Так, спеціальні труби, виготовлені з нього, можуть забезпечити експлуатацію свердловини протягом 6-7 років. Як називається сплав алюмінію і міді, запам'ятати легко. Отже, ми розповіли, яким властивостями він володіє і де застосовується. Він з легкістю може замінити сталевий прокат, особливо якщо необхідно зробити конструкцію маловесной.