L'aluminium est l'un des métaux les plus courants sur Terre. On l'appelle aussi "métal volant". Bien qu'il ne se trouve pas dans la nature sous sa forme pure, il peut être trouvé dans de nombreux minéraux. Et l'alliage le plus courant, utilisé pour produire de nombreuses pièces et structures, est le duralumin (duralumin).
Il a été inventé par le scientifique allemand Alfred Wilm, qui travaillait à l'usine Dürener Metallwerke AG (Düren). Il a déterminé qu'un alliage d'aluminium et de cuivre a de bien meilleures caractéristiques que le métal lui-même sous sa forme pure.
Groupe d'alliages à haute résistance
En fait, le duralumin est tout un groupe d'alliages dans lequel le composant principal est l'aluminium, et ses éléments d'alliage sont le cuivre, le zinc, le manganèse, le magnésium. Mais en général, leurs caractéristiques sont déterminées non seulement par la composition, mais également par la méthode de traitement thermique. En 1903, on a découvert pour la première fois qu'au cours du processus de vieillissement, un alliage d'aluminium avecle cuivre devient encore plus durable et dur.
Comme il s'est avéré plus tard, cela est dû au fait que lorsque, après durcissement, le métal est à température ambiante pendant plusieurs jours, sa solution solide sursaturée se décompose, ce qui s'accompagne à son tour d'un durcissement de le matériel.
Le processus de vieillissement et le retour à l'état précédent
Comme mentionné précédemment, le vieillissement des métaux est un processus important, qui est causé par des transformations structurelles qui entraînent des changements dans les propriétés physiques et mécaniques. Il peut être naturel et artificiel. Dans le premier cas, l'alliage est conservé plusieurs jours à température ambiante.
Avec le vieillissement artificiel, le temps de traitement est réduit, mais la température est augmentée. Afin de ramener l'alliage à son état antérieur, il doit être chauffé à 270 degrés pendant quelques secondes puis rapidement refroidi.
Production d'aluminium
Pour fabriquer un alliage d'aluminium avec du cuivre, vous avez besoin d'équipements de haute technologie et, bien sûr, du métal lui-même. Il est extrait de la bauxite. C'est une roche qui doit être broyée, additionnée d'eau et cuite à la vapeur sous haute pression. Ainsi, le silicium est séparé de l'alumine. Ensuite, la masse épaisse est placée dans un bain spécial avec de la cryolite redressée. Le contenu est chauffé à 950 ° C et un courant électrique de 400 kA y est passé.
Cela vous permet de rompre la liaison entre les atomes d'oxygène et d'aluminium. En conséquence, ce dernier se dépose au fond sous forme de métal liquide. C'est ainsi que les pièces moulées sont fabriquées à partir d'aluminium liquide. Maintenant en métalcomplètement prêt pour l'usinage. Cependant, afin d'augmenter sa résistance, il est nécessaire d'y ajouter des éléments d'alliage et d'obtenir ainsi un alliage aluminium-cuivre de haute qualité.
Production de duralumin
Au total, tous les alliages d'aluminium sont divisés en deux groupes: coulés et déformés. Le processus de leur production dépend précisément du type qui doit être obtenu à la fin. De plus, la méthode de fabrication dépend également des caractéristiques requises.
Pour la production de duralumin, les lingots d'aluminium sont fondus dans un four électrique. Fait intéressant, c'est l'un des rares métaux qui peut être converti de solide en liquide et vice versa plusieurs fois. Cela n'affectera pas ses performances. Le cuivre et d'autres éléments d'alliage tels que le manganèse, le fer et le magnésium sont ajoutés à leur tour à l'aluminium fondu. Il est très important de respecter le rapport en pourcentage: 93 % d'aluminium, 5 % de cuivre, les 2 % restants sont d'autres éléments d'alliage.
Durcissement et recuit du duralumin
Obligatoire pour un tel alliage est le processus de durcissement. Le temps de maintien des petites pièces n'est que de quelques minutes et la température est d'environ 500 °C. Immédiatement après la procédure, le duralumin est doux et visqueux. Il est facile à déformer et à traiter. Après un certain temps, l'alliage durcit et ses propriétés mécaniques augmentent. Si le seuil de température est dépassé, une oxydation se produit et le matériau perd ses caractéristiques. Après durcissement, il doit être refroidi lentement dans de l'eau froide.
Donc, vous connaissez déjà le nom de l'alliage aluminium-cuivre. Il se prête souvent à la déformation: laminage à froid, tréfilage, forgeage. Dans ce cas, le soi-disant durcissement se produit. Il s'agit d'un processus au cours duquel le mouvement et la multiplication des dislocations se produisent dans la structure métallique. En conséquence, l'alliage lui-même change de structure, devient plus dur et plus résistant. Cela réduit sa ductilité et sa résistance aux chocs. Pour que les déformations passent plus facilement et que l'écrouissage ne détruise pas le métal, on utilise un recuit. Pour ce faire, l'alliage est chauffé à 350°C puis refroidi à l'air.
Tableau de l'état de l'alliage (aluminium et cuivre)
Afin de décrire le plus clairement l'interaction des composants du duralumin à l'état solide et liquide, ainsi que d'expliquer la nature du changement des propriétés de l'alliage, utilisez le diagramme d'état.
On peut en déduire que la solubilité la plus élevée du Cu dans un alliage avec de l'aluminium est observée à une température de 548 ° C et en même temps elle est de 5,7%. Lorsque la température monte, elle augmente et lorsqu'elle baisse, elle diminue. Une solubilité minimale (0,5 %) sera observée à température ambiante. Si le duralumin est durci au-dessus de 400 ° C, il deviendra une solution homogène solide - α.
Au cours de ce processus, la solution solide se décomposera. Un alliage d'aluminium et de cuivre se comporte de manière très inhabituelle, dont la formule est CuAl2. Le processus s'accompagne de la libération de la phase A1 en excès. Cette panne a lieu pendantLongtemps. C'est le vieillissement naturel que nous avons mentionné plus tôt.
Propriétés des alliages
Allier un métal à certains éléments permet d'augmenter ses caractéristiques. Vous souvenez-vous du nom de l'alliage aluminium-cuivre ? Quelles sont ses propriétés ?
L'aluminium lui-même est très léger, doux et complètement fragile. Il est soluble dans les alcalis et les acides faiblement concentrés. En ajoutant du cuivre et du magnésium à l'aluminium, vous pouvez déjà obtenir un alliage assez solide. Ses performances sont assez faciles à améliorer, il suffit de le laisser reposer à température ambiante. Ainsi, l'effet du vieillissement augmente la résistance du duralumin, comme nous en avons parlé ci-dessus.
L'aluminium lui-même est assez léger. Un faible pourcentage de cuivre n'alourdit pas l'alliage. Une autre caractéristique positive est la capacité de refondre l'alliage à plusieurs reprises. En même temps, il ne perdra pas ses propriétés. La seule chose qui est nécessaire est de lui donner un "repos" pendant quelques jours après la coulée.
L'inconvénient du duralumin est sa faible résistance à la corrosion. Par conséquent, le plus souvent, ce matériau est recouvert d'une couche propre d'aluminium ou peint avec des vernis et des peintures.
Les alliages d'aluminium et leurs applications
Pour la première fois, le duralumin a été utilisé pour fabriquer des dirigeables. La légèreté et la résistance de ce matériau ont permis de créer un excellent avion. Pour cela, la marque D16t a été utilisée. À l'heure actuelle, les alliages avec de l'aluminium, du zinc, du cuivre et d'autres éléments d'alliage sont largement utilisés dansastronautique, aviation et autres domaines du génie mécanique.
Ainsi, par exemple, l'utilisation de duralumin dans la fabrication d'une voiture peut réduire considérablement son poids et son coût, mais en même temps, il sera suffisamment solide.
En général, on peut noter que la gamme de cet alliage est assez large: tuyaux, fils, tôles, rubans, tiges et pièces moulées de formes diverses. D16t est toujours considéré comme l'une des marques les plus populaires et les plus courantes. La lettre minuscule "t" à la fin du marquage signifie que l'alliage est durci et naturellement vieilli. Il est utilisé:
- Dans la conception d'engins spatiaux, de navires et d'avions.
- Pour la fabrication de diverses pièces pour machines-outils et machines.
- Pour la fabrication de plaques de rue, de signalisation routière.
Tout le monde devrait connaître le nom de l'alliage d'aluminium et de cuivre. Le dural est également utilisé dans l'industrie pétrolière. Ainsi, des tuyaux spéciaux fabriqués à partir de celui-ci peuvent assurer le fonctionnement du puits pendant 6 à 7 ans.
Quel est le nom de l'alliage d'aluminium et de cuivre, facile à retenir. Donc, nous avons dit quelles sont ses propriétés et où il est utilisé. Il peut facilement remplacer l'acier laminé, surtout s'il est nécessaire d'alléger la structure.
