Uno de los metales más comunes en la Tierra es el aluminio. También se le llama "metal volador". Aunque no se encuentra en la naturaleza en su forma pura, se puede encontrar en muchos minerales. Y la aleación más común, que se utiliza para producir muchas piezas y estructuras, es el duraluminio (duraluminio).
Fue inventado por el científico alemán Alfred Wilm, que trabajaba en la planta Dürener Metallwerke AG (Düren). Determinó que una aleación de aluminio y cobre tiene características mucho mejores que el metal mismo en su forma pura.
Grupo de aleación de alta resistencia
De hecho, el duraluminio es un grupo completo de aleaciones en las que el componente principal es el aluminio y sus elementos de aleación son el cobre, el zinc, el manganeso y el magnesio. Pero, en general, sus características están determinadas no solo por la composición, sino también por el método de tratamiento térmico. En 1903, se descubrió por primera vez que durante el proceso de envejecimiento, una aleación de aluminio conel cobre se vuelve aún más duradero y duro.
Como resultó más tarde, esto se debe al hecho de que cuando, después del endurecimiento, el metal está a temperatura ambiente durante varios días, su solución sólida sobresaturada se descompone, y esto, a su vez, va acompañado del endurecimiento de el material.
El proceso de envejecimiento y regreso al estado anterior
Como se mencionó anteriormente, el envejecimiento de los metales es un proceso importante causado por transformaciones estructurales que provocan cambios en las propiedades físicas y mecánicas. Puede ser natural y artificial. En el primer caso, la aleación se mantiene durante varios días a temperatura ambiente.
Con la crianza artificial se reduce el tiempo de elaboración, pero se aumenta la temperatura. Para devolver la aleación a su estado anterior, debe calentarse a 270 grados durante unos segundos y luego enfriarse rápidamente.
Producción de aluminio
Para hacer una aleación de aluminio con cobre, se necesitan equipos de alta tecnología y, por supuesto, el propio metal. Se extrae de la bauxita. Esta es una roca que debe triturarse, agregarle agua y vaporizarla a alta presión. Así, el silicio se separa de la alúmina. Luego la masa espesa se coloca en un baño especial con criolita alisada. El contenido se calienta a 950 °C y se hace pasar por él una corriente eléctrica de 400 kA.
Esto te permite romper el enlace entre los átomos de oxígeno y aluminio. Como resultado, este último se deposita en el fondo como un metal líquido. Así es como se hacen las piezas fundidas de aluminio líquido. Ahora metalcompletamente listo para mecanizar. Sin embargo, para aumentar su resistencia, es necesario agregarle elementos de aleación y así obtener una aleación de aluminio y cobre de alta calidad.
Producción de duraluminio
En total, todas las aleaciones de aluminio se dividen en dos grupos: fundido y deformado. El proceso de su producción depende precisamente de qué tipo se debe obtener al final. Además, el método de fabricación también depende de las características requeridas.
Para la producción de duraluminio, los lingotes de aluminio se funden en un horno eléctrico. Curiosamente, este es uno de los pocos metales que se puede convertir de sólido a líquido y viceversa muchas veces. Esto no afectará su rendimiento. El cobre y otros elementos de aleación como el manganeso, el hierro y el magnesio se agregan a su vez al aluminio fundido. Es muy importante observar la relación porcentual: 93% aluminio, 5% cobre, el 2% restante son otros elementos de aleación.
Endurecimiento y recocido de duraluminio
Obligatorio para tal aleación es el proceso de endurecimiento. El tiempo de mantenimiento de las piezas pequeñas es de solo unos minutos y la temperatura es de unos 500 °C. Inmediatamente después del procedimiento, el duraluminio es suave y viscoso. Es fácil de deformar y procesar. Después de algún tiempo, la aleación se endurece y aumentan sus propiedades mecánicas. Si se supera el umbral de temperatura, se produce la oxidación y el material pierde sus características. Después del endurecimiento, debe enfriarse lentamente en agua fría.
Entonces, ya conoce el nombre de aleación de aluminio y cobre. A menudo se presta a la deformación: laminación en frío, trefilado, forjado. En este caso, se produce el llamado endurecimiento. Este es un proceso durante el cual se produce el movimiento y la multiplicación de dislocaciones en la estructura metálica. Como resultado, la aleación misma cambia su estructura, se vuelve más dura y más fuerte. Esto reduce su ductilidad y resistencia al impacto. Para que las deformaciones pasen más fácilmente y el endurecimiento por trabajo no destruya el metal, se utiliza el recocido. Para ello, la aleación se calienta a 350 °C y luego se enfría al aire.
Gráfico del estado de la aleación (aluminio y cobre)
Para describir más claramente la interacción de los componentes del duraluminio en estado sólido y líquido, así como para explicar la naturaleza del cambio en las propiedades de la aleación, utilice el diagrama de estado.
Se puede ver que la mayor solubilidad de Cu en una aleación con aluminio se observa a una temperatura de 548 ° C y al mismo tiempo es de 5,7%. Cuando la temperatura sube, aumentará, y cuando baje, disminuirá. Se observará una solubilidad mínima (0,5 %) a temperatura ambiente. Si el duraluminio se endurece por encima de los 400 °C, se convertirá en una solución homogénea sólida - α.
Durante este proceso, la solución sólida se descompondrá. Una aleación de aluminio y cobre se comporta de manera muy inusual, cuya fórmula es CuAl2. El proceso va acompañado de la liberación del exceso de fase A1. Esta ruptura se produce durantelargo tiempo. Este es el envejecimiento natural que mencionamos anteriormente.
Propiedades de la aleación
La aleación de un metal con determinados elementos permite aumentar sus características. ¿Recuerdas el nombre de la aleación de aluminio y cobre? ¿Qué propiedades tiene?
El aluminio en sí mismo es muy ligero, suave y completamente frágil. Es soluble en álcalis y ácidos débilmente concentrados. Al agregar cobre y magnesio al aluminio, ya puede obtener una aleación bastante fuerte. Su rendimiento es bastante fácil de mejorar, solo necesita dejarlo reposar a temperatura ambiente. Entonces, el efecto del envejecimiento aumenta la resistencia del duraluminio, como mencionamos anteriormente.
El aluminio en sí es bastante ligero. Un pequeño porcentaje de cobre no hace que la aleación sea más pesada. Otra característica positiva es la capacidad de refundir repetidamente la aleación. Al mismo tiempo, no perderá sus propiedades. Lo único que hace f alta es darle un “reposo” un par de días después del colado.
La desventaja del duraluminio es su baja resistencia a la corrosión. Por lo tanto, la mayoría de las veces dicho material se cubre con una capa limpia de aluminio o se pinta con barnices y pinturas.
Aleaciones de aluminio y sus aplicaciones
Por primera vez, se utilizó duraluminio para fabricar aeronaves. La ligereza y la resistencia de este material permitieron crear un excelente avión. Para ello se utilizó la marca D16t. En la actualidad, las aleaciones con aluminio, zinc, cobre y otros elementos de aleación son ampliamente utilizadas enastronáutica, aviación y otras áreas de la ingeniería mecánica.
Entonces, por ejemplo, el uso de duraluminio en la fabricación de un automóvil puede reducir significativamente su peso y costo, pero al mismo tiempo será lo suficientemente fuerte.
En general, se puede observar que la gama de esta aleación es bastante amplia: tubos, alambres, láminas, cintas, varillas y piezas fundidas de diversas formas. D16t todavía se considera una de las marcas más populares y comunes. La letra minúscula "t" al final de la marca significa que la aleación está endurecida y envejecida naturalmente. Se utiliza:
- En los diseños de naves espaciales, barcos y aeronaves.
- Para la fabricación de piezas diversas para máquinas herramienta y máquinas.
- Para la fabricación de letreros de calles, señales viales.
Todos deberían saber el nombre de la aleación de aluminio y cobre. Dural también se utiliza en la industria petrolera. Por lo tanto, las tuberías especiales hechas con él pueden garantizar el funcionamiento del pozo durante 6 o 7 años.
¿Cuál es el nombre de la aleación de aluminio y cobre, fácil de recordar? Entonces, contamos qué propiedades tiene y dónde se usa. Puede reemplazar fácilmente el acero laminado, especialmente si es necesario aligerar la estructura.
