Alüminyum-bakır alaşımı

Alüminyum-bakır alaşımları ( AlCu ) , ana alaşım elementi olarak bakır (Cu) içeren alüminyum alaşımlarıdır - büyük ölçüde alüminyumdan (Al) oluşan alaşımlardır . Önemli türler hala magnezyum ve silikon katkı maddeleri (AlCu (Mg, Si)) içerir ve manganez genellikle gücü artırmak için dahil edilir (bkz. AlMn ). Ana uygulama alanı uçak yapımıdır . Alaşımlar orta ila yüksek mukavemete sahiptir ve yaşlanarak sertleşebilir . Onlar hem de mevcuttur dövme ve döküm alaşımları . Dezavantajları, korozyona duyarlılıkları ve zayıf kaynaklanabilirlikleridir . 2000 serisinde standardize edilmiştir. Duralumin , bu gruptaki en eski çeşittir ve onu 1903'te keşfeden Alfred Wilm'e kadar gider . Sadece alüminyum-bakır alaşımlarının kullanımı sayesinde alüminyum yaygın bir yapı malzemesi olarak kullanılabilir , çünkü saf alüminyum bu ve alüminyum-magnezyum-silikon alaşımları (AlMgSi) veya doğal olarak sert gibi diğer sertleştirilebilir alaşımlar için çok yumuşaktır. (sertleştirilemeyen) alaşımlar hala bilinmiyordu.

Tipler, alaşım elementleri ve içerikleri

Hemen hemen tüm alüminyum alaşımlarında olduğu gibi, haddeleme ve dövme için dövme alaşımları ile döküm için döküm alaşımları arasında bir ayrım yapılır .

Bakır içeriği genellikle% 3 ile% 6 arasındadır. % 0,3 ile% 6 arasında kaynak yapılmasının imkansız veya çok zor olduğu düşünülmektedir ( ergitme kaynağı ile ), daha yüksek Cu içeriği ile kaynaklanabilirler. Çoğu tür , gücü artırmak için hala magnezyum , manganez ve silikon katkı maddeleri içerir . Kurşun ve bizmut, düşük sıcaklıklarda eriyen ve böylece serbest kesim çeliğine benzer şekilde daha iyi talaş oluşumuna yol açan küçük kapanımlar oluşturur . Isı direnci nikel ve demir eklenerek arttırılır.

Teknik alaşımlarda safsızlık olarak bulunan demir soğukta sertleşmeyi engeller . Magnezyum eklenerek tekrar mümkün hale gelir. % 1.5'e kadar daha büyük miktarlarda magnezyum, kırılma anında mukavemeti ve uzamayı artırır (bkz. AlMg ). Manganez ayrıca gücü artırmak için kullanılır (bkz. AlMn ). Bununla birlikte, daha büyük miktarların olumsuz yan etkileri vardır, bu nedenle içerik yaklaşık% 1 Mn ile sınırlıdır. Demiri bağlamak için daha küçük silikon ilaveleri eklenir, çünkü bu tercihen AlFeSi fazını oluşturur, Al ₇ Cu ₂ Fe oluşumu malzemeden daha büyük miktarlarda bakır çıkarır ve bu da artık istenen oluşumun oluşmasına yol açmaz. fazlar (özellikle Al ₂ Cu, bakır alüminid ) mevcuttur. Silikon Büyük miktarlarda sırayla eklenir oluşturmak üzere Mg ₂ Si ( magnezyum silisid ) magnezyum gibi, AlMgSi, mukavemet ve sertleştirilebilirliğin geliştirir.

Bazı alaşımlar , içeriği% 1.5 ile% 2.5 arasında olan lityum içerir . Li'nin çok düşük yoğunluğu nedeniyle (2,7 g / cm3 alüminyuma kıyasla 0,53 g / cm³), bu özellikle havacılıkta avantajlı olan daha hafif bileşenlere yol açar. Ayrıntılar için bkz. Alüminyum-lityum alaşımı .

Döküm alaşımları

Döküm alaşımları , titanyum ve magnezyum dahil olmak üzere dökülebilirliği artıran küçük miktarlarda yaklaşık% 4 bakır ve diğer katkı maddeleri içerir . Başlangıç ​​malzemesi birincil alüminyumdur ; Diğer alüminyum döküm alaşımlarından farklı olarak ikincil alüminyum (hurdadan yapılmıştır) kırılma ve toklukta uzamayı azalttığı için kullanılmaz. AlCu döküm alaşımları sıcak çatlama eğilimindedir ve T4 ve T6 sertleştirme durumlarında kullanılır.

Aşağıdaki tablo, DIN EN 1706'ya göre bazı kalitelerin bileşimini göstermektedir. Tüm veriler kütlece yüzde cinsinden , geri kalanı alüminyumdur.

Dövülmüş alaşımlar

Mekanik özellikler

Koşullar:

• O yumuşak ( yumuşak tavlanmış , yine aynı dayanım sınır değerleriyle sıcak şekillendirilmiş).
• T3: çözelti tavlanmış, su verilmiş, sertleştirilmiş ve yapay olarak yaşlandırılmış
• T4: tavlanmış çözelti, su verilmiş ve yapay olarak yaşlandırılmış
• T6: çözelti tavlanmış, su verilmiş ve yapay olarak yaşlandırılmış
• T8: çözelti tavlanmış, gerinmeyle sertleştirilmiş ve yapay olarak yaşlandırılmış

Uygulamalar

Alüminyum-bakır alaşımları, düşük korozyon direncinin ikincil bir rol oynadığı uçak yapımında ağırlıklı olarak kullanılır . Alaşımlar haddeleme , dövme , ekstrüzyon ve bazen de döküm yoluyla işlenir .

Saf AlCu dövme alaşımları

Teknik olarak kullanılan alaşımlarla ilgili faz diyagramından alıntı

Tam faz diyagramı

Tüm AlCu alaşımları, saf AlCu alaşımları sistemine dayanmaktadır.

Bakır ve fazların çözünürlüğü

Alüminyum , 547 ° C'de ve kütlece yüzde 33 bakır ile bir ötektik oluşturur , bu da maksimum çözünürlüğe karşılık gelir. Daha düşük sıcaklıklarda çözünürlük keskin bir şekilde düşer; oda sıcaklığında sadece% 0.1'dir.

Bakır içeriği daha yüksek olan Al ₂ Cu fazı, metaller arası bir faz oluşur . Bu olan dörtgen bir yapıya kadar farklı gelen yüzey merkezli kübik yapısı alüminyumun aşaması sadece mevcut bir şekilde tutarsız faz. Ayrıca kısmen uyumlu ve aşamalar da vardır.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

Yapısal dönüşümler

Dökümden sonra, malzeme genellikle aşırı doymuş - katı bir çözeltidir, daha önce oda sıcaklığında bile daha uzun süre bakır içerir, bu sıcaklıkta gerçekten çözülmüş kabul edilebilir. ${\ displaystyle \ alpha}$

• Bundan sonra, 80 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda, artan bakır konsantrasyonlarının mevcut olduğu, ancak henüz bir yapıya sahip olmayan veya kendi fazlarını oluşturmayan GP bölgeleri (GP (I) bölgeleri) oluşur.
• 250 ° C'ye kadar biraz daha yüksek sıcaklıklarda, gücü artıran faz (GP (II) bölgeleri de denir) oluşur.${\ displaystyle \ theta ''}$
• Daha yüksek sıcaklıklarda, kısmen uyumlu faz oluşur${\ displaystyle \ theta '}$
• ve yine 300 ° C civarındaki daha yüksek sıcaklıklarda , dayanımın tekrar düştüğü tutarsız faz oluşur.${\ displaystyle \ theta}$

Bireysel sıcaklık aralıkları çakışır: Düşük sıcaklıklarda bile - veya - fazlar oluşur, ancak bunlar GP (I / II) bölgelerinden çok daha yavaş oluşur. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa fazların her biri daha hızlı oluşur.${\ displaystyle \ theta '}$${\ displaystyle \ theta}$

GP (I) bölgeleri

GP (I) bölgelerinin oluşumuna soğuk sertleştirme denir ve 80 ° C'ye kadar olan sıcaklıklarda meydana gelir. Sadece bir atom kalınlığında ve 2 ila 5 nanometre çapında küçük, disk şeklinde tabakalardır. Zamanla bölgelerin sayısı ve içlerindeki bakır konsantrasyonu artar, ancak çapları artmaz. Bunlar edilir tutarlı {100} düzlem üzerinde alüminyum ve formun kafeslerle.

GP (II) bölgeleri

GP (II) bölgeleri ( fazlar), AlCu alaşımlarının gücünü arttırmaktan büyük ölçüde sorumludur. Alüminyum kristal ile uyumludurlar ve yaklaşık 10 nanometre katman kalınlığına ve 150 nanometreye kadar boyutlara sahip alternatif alüminyum ve bakır katmanlarından oluşurlar. GP (I) bölgelerinin aksine, bunlar üç boyutlu çökeltilerdir. Katmanları alüminyumun {100} düzlemine paraleldir. Faz oluşturan fazları, ancak çakışma vardır. ${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

GP (II) bölgeleri büyüme için boş yerlere ihtiyaç duyar , bu yüzden bunların eksikliği ( örneğin magnezyum nedeniyle) gecikmiş büyümeye neden olur.

Kısmen uyumlu fazlar

Faz sadece kısmen 150 ila 300 ° C arasında değişen sıcaklıklarda, alüminyum ızgara ve biçimleriyle tutarlıdır ° C Trombosit şeklindedir ve GP (II) bölgelerinden kaynaklanabilir. Bununla birlikte, doğrudan karışık kristalden çökelme olarak da ortaya çıkabilir. İlk durumda, artan ara yüzey enerjisi dislokasyonlarla azaltılır , ikinci durumda ise çökeltiler tercihen dislokasyonlarda oluşur.${\ displaystyle \ theta '}$

Tutarsız aşamalar

Faz karışık kristal kafes ile tutarsız. 300 ° C ve üzeri sıcaklıklarda oluşur. Genellikle diğer fazlardan daha büyük bir mesafede daha büyük partiküller oluşturur ve bu nedenle mukavemette bir artışa ve hatta oluşumu diğer fazlar pahasına meydana gelirse bir azalmaya yol açmaz. Bu ara yüzey enerjisini azaltır faz, aynı zamanda, 150 ° C ve gren sınırlarında çökeltme gibi 250 ° C arasındaki sıcaklıklarda ortaya çıkar. ${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

Kısmen faz açar taneler arası arası ; kırılma davranışı kalıntıları genel sünek. Kırılma davranışındaki değişikliğe , tane sınırlarında çökelmesiz bölgeler neden olur . ${\ displaystyle \ theta}$

Böylece faz karışık kristal kıyasla daha büyük bir potansiyel farkı vardır tabaka korozyon ve intergranüler aşınma meydana gelebilir. Daha uzun tavlama süreleri durumunda, tane fazları da ayrılır ve potansiyel fark daha düşüktür.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

AlCuMg (Si, Mn) dövme alaşımları

AlCuMg alaşımları, AlCu alaşımlarının en önemli grubudur. İçlerinde başka birçok faz oluşabilir:

• Al ₈ Mg ₅ ( faz, bakınız AlMg )${\ displaystyle \ beta}$
• Al ₂ CuMg, S fazı
• Al ₆ Mg ₄ Cu, T fazı

Magnezyum ilaveleri soğuk sertleştirme sürecini hızlandırır. Hangi fazların oluştuğu esas olarak bakırın magnezyum oranına bağlıdır. Oran 1 / 1'in altında ise, Cu ve Mg içeren kümeler elimine edilir. Çoğu teknik alaşımda olduğu gibi 1.5 / 1'den daha yüksek bir oranda faz tercih edilir . Bu alaşımlar, önemli ölçüde daha yüksek sertlik ve mukavemete sahiptir. ${\ displaystyle \ theta}$

Edebiyat

• Aluminium-Taschenbuch - Cilt 1. 16. baskı, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 101 f., 114-116, 121, 139-141.
• George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve İşlemler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 140–152.
• Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 117-124.

Bireysel kanıt

1. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s. 117 f.
2. ↑ Aluminium-Taschenbuch - Cilt 1. 16. baskı, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 439.
3. ↑ Aluminium-Taschenbuch - Cilt 1. 16. baskı, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 140 f.
4. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.185.
5. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, ek.
6. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, ek.
7. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, ek.
8. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.118.
9. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.119.
10. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.119.
11. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s. 119 f.
12. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve Süreçler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 140 f.
13. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.120.
14. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve İşlemler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.141.
15. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.120.
16. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.120.
17. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve Süreçler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 141–143.
18. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s. 120 f.
19. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve Süreçler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.143.
20. ^ Friedrich Ostermann: Uygulama teknolojisi alüminyum. 3. baskı, Springer, 2014, s.121.
21. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Cilt 1: Fiziksel Metalurji ve İşlemler. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 146–149.
22. ^ Aluminium-Taschenbuch - Cilt 1. 16. baskı, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 114 f.