أحد أكثر المعادن شيوعًا على وجه الأرض هو الألمنيوم. ويسمى أيضا "المعدن الطائر". على الرغم من عدم وجوده في الطبيعة بشكله النقي ، إلا أنه يمكن العثور عليه في العديد من المعادن. والسبائك الأكثر شيوعًا ، والتي تستخدم في إنتاج العديد من الأجزاء والهياكل ، هي دورالومين (دورالومين).
اخترعها العالم الألماني ألفريد ويلم ، الذي عمل في مصنع Dürener Metallwerke AG (Düren). لقد قرر أن سبيكة الألومنيوم والنحاس لها خصائص أفضل بكثير من المعدن نفسه في شكله النقي.
مجموعة سبائك عالية القوة
في الواقع ، الدورالومين عبارة عن مجموعة كاملة من السبائك التي يكون المكون الرئيسي فيها هو الألومنيوم ، وعناصر السبائك الخاصة بها هي النحاس والزنك والمنغنيز والمغنيسيوم. ولكن بشكل عام ، لا يتم تحديد خصائصها فقط من خلال التكوين ، ولكن أيضًا من خلال طريقة المعالجة الحرارية. في عام 1903 ، اكتشف لأول مرة أنه أثناء عملية الشيخوخة ، تم العثور على سبيكة الألومنيوم معيصبح النحاس أكثر متانة وصلابة.
كما اتضح لاحقًا ، يرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما يكون المعدن ، بعد التصلب ، في درجة حرارة الغرفة لعدة أيام ، يتحلل محلوله الصلب مفرط التشبع ، وهذا بدوره يكون مصحوبًا بتصلب المادة
عملية التقادم والعودة للحالة السابقة
كما ذكرنا سابقًا ، تعد تقادم المعادن عملية مهمة تنتج عن التحولات الهيكلية التي تسبب تغيرات في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية. يمكن أن تكون طبيعية ومصطنعة. في الحالة الأولى ، يتم الاحتفاظ بالسبيكة لعدة أيام في درجة حرارة الغرفة.
مع الشيخوخة الاصطناعية ، يتم تقليل وقت المعالجة ، ولكن تزداد درجة الحرارة. ولإعادة السبيكة إلى حالتها السابقة يجب تسخينها إلى 270 درجة لبضع ثوان ثم تبريدها بسرعة.
إنتاج الألمنيوم
من أجل صنع سبيكة من الألومنيوم بالنحاس ، فإنك تحتاج إلى معدات عالية التقنية ، وبالطبع المعدن نفسه. يتم استخراجه من البوكسيت. هذه صخرة تحتاج إلى سحقها وإضافة الماء إليها وتبخيرها تحت ضغط عالٍ. وهكذا ، يتم فصل السيليكون عن الألومينا. ثم يتم وضع الكتلة السميكة في حمام خاص مع الكريوليت المستقيم. يتم تسخين المحتويات إلى 950 درجة مئوية ويتم تمرير تيار كهربائي 400 كيلو أمبير من خلاله.
هذا يسمح لك بفك الرابطة بين ذرات الأكسجين والألمنيوم. نتيجة لذلك ، يستقر الأخير في القاع كمعدن سائل. هذه هي الطريقة التي تصنع بها المسبوكات من الألومنيوم السائل. الآن المعدنجاهز تمامًا للتشغيل الآلي. ومع ذلك ، من أجل زيادة قوتها ، من الضروري إضافة عناصر صناعة السبائك إليها وبالتالي الحصول على سبيكة ألومنيوم ونحاس عالية الجودة.
إنتاج دورالومين
إجمالاً ، جميع سبائك الألومنيوم مقسمة إلى مجموعتين: مسبوكة ومشوهة. تعتمد عملية إنتاجهم بدقة على النوع الذي يجب الحصول عليه في النهاية. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد طريقة التصنيع أيضًا على الخصائص المطلوبة.
لإنتاج دورالومين ، يتم صهر سبائك الألومنيوم في فرن كهربائي. ومن المثير للاهتمام أن هذا هو أحد المعادن القليلة التي يمكن تحويلها من صلبة إلى سائلة والعكس بالعكس عدة مرات. هذا لن يؤثر على أدائها. يضاف النحاس وعناصر السبائك الأخرى مثل المنجنيز والحديد والمغنيسيوم بدورها إلى الألومنيوم المصهور. من المهم جدًا ملاحظة النسبة المئوية: 93٪ ألومنيوم ، 5٪ نحاس ، 2٪ المتبقية هي عناصر صناعة السبائك الأخرى.
تصلب وتصلب دورالومين
إلزامية لمثل هذه السبيكة هي عملية التصلب. مدة الاحتفاظ بالأجزاء الصغيرة بضع دقائق فقط ، ودرجة الحرارة حوالي 500 درجة مئوية. مباشرة بعد العملية ، دورالومين ناعم ولزج. من السهل تشويهها ومعالجتها. بعد مرور بعض الوقت ، تتصلب السبيكة وتزداد خواصها الميكانيكية. إذا تم تجاوز عتبة درجة الحرارة ، تحدث الأكسدة وتفقد المادة خصائصها.بعد التصلب ، يجب تبريده ببطء في ماء بارد.
إذن ، أنت تعرف بالفعل اسم سبائك الألومنيوم والنحاس. غالبًا ما يفسح المجال للتشوه: الدرفلة على البارد ، والرسم ، والتزوير. في هذه الحالة ، يحدث ما يسمى بالتصلب. هذه عملية تحدث خلالها حركة وتكاثر الاضطرابات في الهيكل المعدني. نتيجة لذلك ، تغير السبيكة نفسها هيكلها ، وتصبح أكثر صلابة وأقوى. هذا يقلل من ليونة وقوة التأثير. لكي تمر التشوهات بسهولة أكبر ولا يؤدي تصلب العمل إلى تدمير المعدن ، يتم استخدام التلدين. للقيام بذلك ، يتم تسخين السبيكة إلى 350 درجة مئوية ثم تبريدها في الهواء.
رسم بياني لحالة السبيكة (الالمنيوم والنحاس)
من أجل الوصف الأكثر وضوحًا لتفاعل مكونات دورالومين في الحالة الصلبة والسائلة ، وكذلك لشرح طبيعة التغيير في خصائص السبيكة ، استخدم مخطط الحالة.
يمكن ملاحظة أن أعلى قابلية للذوبان للنحاس في سبيكة مع الألومنيوم لوحظت عند درجة حرارة 548 درجة مئوية وفي نفس الوقت تبلغ 5.7٪. عندما ترتفع درجة الحرارة تزداد وعندما تنخفض تنخفض. الحد الأدنى للذوبان (0.5٪) سيتم ملاحظته في درجة حرارة الغرفة. إذا تم تقوية دورالومين فوق 400 درجة مئوية ، فسيصبح محلولًا متجانسًا صلبًا - α.
خلال هذه العملية ، سوف يتحلل المحلول الصلب. تتصرف سبيكة من الألومنيوم والنحاس بشكل غير عادي للغاية ، وصيغتها هي CuAl2.العملية مصحوبة بإطلاق المرحلة الزائدة A1. يحدث هذا الانهيار أثناءوقت طويل. هذه هي الشيخوخة الطبيعية التي ذكرناها سابقًا.
خصائص السبائك
خلائط معدن بعناصر معينة يجعل من الممكن زيادة خصائصه. هل تتذكر اسم سبائك الألومنيوم والنحاس؟ ما هي خصائصه؟
الألمنيوم نفسه خفيف جدًا وناعم وهش تمامًا. قابل للذوبان في القلويات والأحماض ضعيفة التركيز. بإضافة النحاس والمغنيسيوم إلى الألومنيوم ، يمكنك بالفعل الحصول على سبيكة قوية إلى حد ما. من السهل جدًا تحسين أدائه - ما عليك سوى تركه مستلقيًا في درجة حرارة الغرفة. لذا فإن تأثير الشيخوخة يزيد من قوة دورالومين كما تحدثنا أعلاه.
الألمنيوم نفسه خفيف جدًا. نسبة صغيرة من النحاس لا تجعل السبيكة أثقل. سمة إيجابية أخرى هي القدرة على إعادة صهر السبيكة بشكل متكرر. في نفس الوقت لن تفقد خصائصها. الشيء الوحيد المطلوب هو إعطائها "راحة" لبضعة أيام بعد الإرسال.
عيب دورالومين هو مقاومته المنخفضة للتآكل. لذلك ، غالبًا ما تكون هذه المواد مغطاة بطبقة نظيفة من الألومنيوم أو مطلية بالورنيش والدهانات.
سبائك الألومنيوم وتطبيقاتها
لأول مرة ، تم استخدام دورالومين في صناعة المناطيد. جعلت خفة وقوة هذه المواد من الممكن إنشاء طائرة ممتازة. لهذا ، تم استخدام العلامة التجارية D16t. في الوقت الحاضر ، تُستخدم سبائك الألمنيوم والزنك والنحاس وعناصر السبائك الأخرى على نطاق واسعرواد الفضاء والطيران ومجالات أخرى من الهندسة الميكانيكية.
لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدام دورالومين في تصنيع السيارة إلى تقليل وزنها وتكلفتها بشكل كبير ، ولكن في نفس الوقت سيكون قويًا بدرجة كافية.
بشكل عام ، يمكن ملاحظة أن نطاق هذه السبيكة واسع جدًا: الأنابيب والأسلاك والألواح والأشرطة والقضبان وأجزاء الصب بأشكال مختلفة. لا تزال تعتبر D16t واحدة من أكثر العلامات التجارية شهرة وشعبية. الحرف الصغير "t" في نهاية العلامة يعني أن السبيكة صلبة وقديمة بشكل طبيعي. يتم استخدامه:
- في تصاميم المركبات الفضائية والسفن والطائرات.
- لتصنيع الأجزاء المختلفة للأدوات والآلات
- لصناعة لافتات الشوارع وعلامات الطرق
يجب على الجميع معرفة اسم سبيكة الألومنيوم والنحاس. يستخدم دورال أيضًا في صناعة النفط. لذلك ، يمكن أن تضمن الأنابيب الخاصة المصنوعة منه تشغيل البئر لمدة 6-7 سنوات.
ما اسم سبائك الألومنيوم والنحاس ، يسهل تذكرها. لذلك ، أخبرنا ما هي خصائصه وأين يتم استخدامه. يمكن أن يحل محل الفولاذ المدلفن بسهولة ، خاصة إذا كان من الضروري جعل الهيكل خفيف الوزن.
