Alumiini-kupariseos

Alumiini-kupariseokset ( AlCu ) ovat alumiiniseoksia - seoksia, jotka koostuvat pääosin alumiinista (Al) - jotka sisältävät kuparia (Cu) pääseosa- aineena . Tärkeät tyypit sisältävät edelleen magnesiumin ja piin lisäaineita (AlCu (Mg, Si)), ja usein myös mangaania lisätään lujuuden lisäämiseksi (katso AlMn ). Tärkein käyttöalue on lentokoneiden rakentaminen . Seoksilla on keskivahva tai korkea lujuus ja ne ovat ikäänkestäviä . Niitä on saatavana sekä taottuina että valettuina seoksina . Haittoja ovat niiden alttius korroosiolle ja heikko hitsattavuus . Ne on standardoitu vuoden 2000 sarjassa. Duralumiini on tämän ryhmän vanhin lajike, ja se palaa Alfred Wilmille , joka löysi sen vuonna 1903. Vain alumiini-kupari-seoksia käyttämällä alumiinia voitiin käyttää yleisenä rakennusmateriaalina , koska puhdas alumiini on aivan liian pehmeää tälle ja muut kovettuvat seokset, kuten alumiini-magnesium- piiseokset (AlMgSi) tai luonnollisesti kovat (kovettamattomat) seokset ei tunnettu.

Tyypit, seoselementit ja sisältö

Kuten melkein kaikki alumiiniseokset, erotetaan toisistaan teki seokset varten liikkuvan ja taonta ja valuseoksia varten valu .

Kuparipitoisuus on yleensä 3-6%. Välillä 0,3% - 6% niitä pidetään mahdottomina tai erittäin vaikeina hitsata ( fuusiohitsauksella ), korkeammilla Cu-pitoisuuksilla ne voidaan hitsata . Useimmat tyypit sisältävät edelleen magnesiumia , mangaania ja piilisäaineita lujuuden lisäämiseksi. Lyijy ja vismutti muodostavat pieniä sulkeumia, jotka sulavat matalissa lämpötiloissa ja johtavat siten parempaan lastun muodostumiseen , samanlainen kuin vapaasti leikkaava teräs . Lämmönkestävyys lisääntyy lisäämällä nikkeli ja rauta.

Rauta, joka on teknisten seosten epäpuhtauksia, estää kylmän kovettumisen . Se tulee jälleen mahdolliseksi lisäämällä magnesiumia. Suuremmat magnesiummäärät, jopa 1,5%, lisäävät lujuutta ja murtovenymää (katso AlMg ). Mangaania käytetään myös lujuuden lisäämiseksi (katso AlMn ). Suuremmilla määrillä on kuitenkin negatiivisia sivuvaikutuksia, joten sisältö on rajoitettu noin 1% Mn: iin. Pienempiä piilisäyksiä lisätään raudan sitomiseksi, koska se muodostaa ensisijaisesti AlFeSi-faasin, kun taas Al ₇ Cu ₂ Fe: n muodostuminen poistaisi materiaalista suuremman määrän kuparia, mikä sitten ei enää johtaisi todella toivottujen faasien muodostumiseen (esp. Al ₂ Cu, kuparialuminidi ) on läsnä. Suurempia määriä piitä lisätään Mg ₂ Si: n ( magnesiumsilidi ) muodostamiseksi magnesiumin kanssa , mikä, kuten AlMgSi, parantaa lujuutta ja kovettuvuutta.

Jotkut seokset sisältävät edelleen litiumia, jonka pitoisuus on välillä 1,5% - 2,5%. Li-tiheyden erittäin pienen tiheyden (0,53 g / cm3 verrattuna 2,7 g / cm3 alumiiniin) vuoksi tämä johtaa kevyempiin komponentteihin, mikä on erityisen edullista ilmailussa. Katso lisätietoja alumiini-litiumseoksesta .

Seosten valu

Valuseokset sisältävät noin 4% kuparia ja muita pieniä määriä valettavuutta parantavia lisäaineita , mukaan lukien titaani ja magnesium . Lähtöaine on primaarialumiini ; Toissijaista alumiinia (romusta valmistettu), toisin kuin muut alumiinivaluseokset, ei käytetä, koska se vähentää murtovenymää ja sitkeyttä. AlCu-valuseokset pyrkivät kuumiin halkeamiin ja niitä käytetään kovettumistiloissa T4 ja T6.

Seuraavassa taulukossa on esitetty joidenkin luokkien koostumus standardin DIN EN 1706 mukaan. Kaikki tiedot painoprosentteina , loput on alumiinia.

Valetut seokset

Mekaaniset ominaisuudet

Ehdot:

• O pehmeä ( pehmeä hehkutettu , myös kuumamuodostettu, samoilla lujuusraja-arvoilla).
• T3: liuos hehkutettu, sammutettu, paine kovetettu ja keinotekoisesti vanhennettu
• T4: liuos hehkutettu, sammutettu ja keinotekoisesti vanhennettu
• T6: liuos hehkutettu, sammutettu ja keinotekoisesti vanhennettu
• T8: liuos hehkutettu, paine karkaistu ja keinotekoisesti vanhennettu

Sovellukset

Alumiini-kupariseoksia käytetään pääasiassa lentokoneiden rakentamisessa, joissa niiden alhainen korroosionkestävyys on toissijainen. Seokset käsitellään valssaamalla , taomalla , puristamalla ja joskus valamalla .

Puhtaat AlCu-muokatut seokset

Ote teknisesti käytetyille seoksille tarkoitetusta vaihekaaviosta

Täydellinen vaihekaavio

Kaikki AlCu-seokset perustuvat puhtaiden AlCu-seosten järjestelmään.

Kuparin ja faasien liukoisuus

Alumiini muodostaa eutektisen aineen kuparin kanssa 547 ° C: ssa ja 33 painoprosenttia kuparia, mikä vastaa myös suurinta liukoisuutta. Alemmissa lämpötiloissa liukoisuus putoaa voimakkaasti; huoneenlämpötilassa se on vain 0,1%.

Suuremmilla kuparipitoisuuksilla muodostuu faasi, intermetallinen faasi, Al ₂ Cu . Se on nelikulmaisessa rakenteessa, joka on niin erilainen kuin alumiinin kasvokeskeinen kuutiomainen rakenne , että vaihe esiintyy vain epäjohdonmukaisena faasina. On myös osittain johdonmukaisia ja vaiheita.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

Rakennemuutokset

Valun jälkeen materiaali on yleensä ylikyllästetty - kiinteä liuos, jota ennen jopa huoneenlämmössä pidempään kuparia voidaan pitää todellakin ratkaistuna tässä lämpötilassa. ${\ displaystyle \ alfa}$

• Sen jälkeen alle 80 ° C: n lämpötiloissa muodostuu GP-vyöhykkeitä (GP (I) -vyöhykkeitä), joissa on lisääntyneitä kuparipitoisuuksia, mutta joilla ei vielä ole rakennetta tai jotka muodostavat oman vaiheensa.
• Hieman korkeammissa lämpötiloissa, jopa 250 ° C, muodostuu vaihe (jota kutsutaan myös GP (II) -vyöhykkeiksi), mikä lisää voimaa.${\ displaystyle \ theta ''}$
• Vielä korkeammissa lämpötiloissa muodostuu osittain koherentti faasi${\ displaystyle \ theta '}$
• ja korkeammissa lämpötiloissa, noin 300 ° C, muodostuu epäjohdonmukainen faasi, jossa lujuus laskee jälleen.${\ displaystyle \ theta}$

Yksittäiset lämpötila-alueet ovat päällekkäisiä: Jopa matalissa lämpötiloissa muodostuu - tai - vaiheita, mutta ne muodostuvat paljon hitaammin kuin GP (I / II) -vyöhykkeet. Jokainen vaihe muodostuu nopeammin, mitä korkeampi lämpötila on.${\ displaystyle \ theta '}$${\ displaystyle \ theta}$

GP (I) -vyöhykkeet

GP (I) -vyöhykkeiden muodostumista kutsutaan kylmäkovettumiseksi ja se tapahtuu lämpötilassa jopa 80 ° C. Ne ovat pieniä, levyn muotoisia kerroksia, jotka ovat vain yhden atomin paksuisia ja halkaisijaltaan 2 - 5 nanometriä. Ajan myötä vyöhykkeiden määrä ja kuparipitoisuus niissä kasvavat, mutta eivät niiden halkaisijaa. Ne ovat johdonmukaisia alumiinihilan kanssa ja muodostuvat {100} tasossa.

GP (II) -alueet

GP (II) -vyöhykkeet ( vaiheet) ovat suurelta osin vastuussa AlCu-seosten lujuuden lisäämisestä. Ne ovat johdonmukaisia ​​alumiinikiteiden kanssa ja koostuvat vuorotellen alumiini- ja kuparikerroksista, joiden kerroksen paksuus on noin 10 nanometriä ja mitat jopa 150 nanometriä. Toisin kuin GP (I) -vyöhykkeet, nämä ovat kolmiulotteisia saostumia. Niiden kerrokset ovat yhdensuuntaisia ​​alumiinin {100} tason kanssa. Vaihe muodostaa vaiheet, mutta on päällekkäisyyksiä. ${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

GP (II) -vyöhykkeet vaativat kasvulle avoimia paikkoja , minkä vuoksi niiden puute ( esim . Magnesiumista johtuen) johtaa kasvun viivästymiseen.

Osittain yhtenäiset vaiheet

Faasi vain osittain johdonmukaista alumiini verkkoon ja lomakkeet lämpötiloissa 150 ° C: sta 300 ° C: ssa Sillä on verihiutaleiden muoto ja se voi johtua GP (II) -vyöhykkeistä. Se voi kuitenkin syntyä myös suoraan saostuksena sekakiteestä. Ensimmäisessä tapauksessa kasvava rajapintaenergia pienenee sijoiltaan , toisessa tapauksessa saostumat muodostuvat ensisijaisesti sijoiltaan.${\ displaystyle \ theta '}$

Epäyhtenäiset vaiheet

Faasi sekava hilan kanssa sekoitetun kide. Se muodostuu vähintään 300 ° C: n lämpötiloissa. Se muodostaa yleensä suurempia hiukkasia suuremmalla etäisyydellä kuin muut vaiheet, eikä se siten johda lujuuden kasvuun tai edes laskuun, jos sen muodostuminen tapahtuu muiden vaiheiden kustannuksella. Vaihe syntyy myös lämpötiloissa välillä 150 ° C ja 250 ° C saostumisen raerajoilla, koska tämä vähentää rajapintaenergia. ${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

Vaihe johtaa osittain intergranular tauko ; murtuma käytös pysyy sitkeänä yleistä. Murtumakäyttäytymisen muutoksen aiheuttavat saostamattomat alueet viljan rajoilla. ${\ displaystyle \ theta}$

Vaihe on suurempi potentiaali ero verrattuna sekakiteinen, niin että kerros korroosio ja raerajakorroosiota voi esiintyä. Pidempien hehkutusaikojen tapauksessa myös viljafaasit erottuvat toisistaan ​​ja potentiaaliero on pienempi.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

AlCuMg (Si, Mn) muokatut seokset

AlCuMg-seokset ovat tärkein AlCu-seosten ryhmä, joihin voi muodostua monia muita vaiheita:

• Al ₈ Mg ₅ ( vaihe, katso AlMg )${\ displaystyle \ beta}$
• Al ₂ CuMg, S-vaiheeseen
• Al ₆ Mg ₄ Cu, T-vaihe

Magnesiumlisäykset nopeuttavat kylmäkovettumista. Mitkä faasit muodostuvat, riippuu pääasiassa kuparin ja magnesiumin suhteesta. Jos suhde on alle 1/1, Cu: ta ja Mg: tä sisältävät klusterit eliminoidaan. Suhteella, joka on yli 1,5 / 1, kuten useimmissa teknisissä seoksissa, vaihe muodostetaan ensisijaisesti . Näillä seoksilla on huomattavasti korkeammat kovuudet ja vahvuudet. ${\ displaystyle \ theta}$

kirjallisuus

• Aluminium-Taschenbuch - osa 1. 16. painos, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 101 f., 114-116, 121, 139-141.
• George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.140–152.
• Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 117–124.

Yksittäiset todisteet

1. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s. 117 f.
2. ↑ Aluminium-Taschenbuch - 1. osa. 16. painos, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s.439.
3. ↑ Aluminium-Taschenbuch - 1. osa. 16. painos, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 140 f.
4. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.185.
5. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, liite.
6. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, liite.
7. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, liite.
8. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.118.
9. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.119.
10. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.119.
11. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s. 119 f.
12. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.140 f.
13. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.120.
14. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.141.
15. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.120.
16. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.120.
17. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.141–143.
18. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.120 f.
19. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s.143.
20. ^ Friedrich Ostermann: Alumiinitekniikka. 3. painos, Springer, 2014, s.121.
21. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Alumiinin käsikirja - Osa 1: Fyysinen metallurgia ja prosessit. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 146–149.
22. ^ Aluminium-Taschenbuch - 1. osa. 16. painos, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 114 f.