Aluminium-kobberlegering

Aluminium-kobberlegeringer ( Alcu ) er aluminiumlegeringer - legeringer som i det vesentlige består av aluminium (Al) - som inneholder kobber (Cu) som hovedlegeringselement . Viktige typer inneholder fortsatt tilsetningsstoffer av magnesium og silisium (AlCu (Mg, Si)), og mangan er ofte også inkludert for å øke styrken (se AlMn ). Hovedområdet for bruk er flykonstruksjon . Legeringene har middels til høy styrke og er aldersherdbare . De er tilgjengelige både som smidde legeringer og som støpte legeringer . Ulempene er følsomhet for korrosjon og dårlig sveisbarhet . De er standardisert i 2000-serien. Duralumin er den eldste sorten i denne gruppen og går tilbake til Alfred Wilm , som oppdaget den i 1903. Det var bare ved bruk av aluminium-kobberlegeringer at aluminium kunne brukes som et utbredt konstruksjonsmateriale , da rent aluminium er altfor mykt for dette, og andre herdbare legeringer som aluminium-magnesium-silisiumlegeringer (AlMgSi) eller naturlig harde (ikke herdbare) legeringer er fremdeles var ikke kjent.

Typer, legeringselementer og innhold

Som med nesten alle aluminiumslegeringer skilles det mellom smidde legeringer for valsing og smiing og støpte legeringer for støping .

Kobberinnholdet er vanligvis mellom 3 og 6%. Mellom 0,3% og 6% anses de for å være umulige eller svært vanskelige å sveise (ved smeltesveising ), med høyere Cu-innhold er de sveisbare. De fleste typer inneholder fremdeles magnesium- , mangan- og silisiumtilsetningsstoffer for å øke styrken. Bly og vismut danner små inneslutninger som smelter ved lave temperaturer og dermed fører til bedre flisdannelse , i likhet med friskjærende stål . Den varmemotstand økes ved å tilsette nikkel og jern.

Jern, som er inneholdt i tekniske legeringer som en urenhet, forhindrer kaldherding . Det blir mulig igjen ved å tilsette magnesium. Større mengder magnesium opp til 1,5% øker styrken og forlengelsen ved brudd (se AlMg ). Mangan brukes også til å øke styrken (se AlMn ). Imidlertid har større mengder negative bivirkninger, slik at innholdet er begrenset til ca. 1% Mn. Mindre tilsetninger av silisium tilsettes for å binde jern, siden det fortrinnsvis danner AlFeSi-fasen, mens dannelsen av Al ₇ Cu ₂ Fe vil fjerne større mengder kobber fra materialet, som da ikke lenger fører til dannelsen av faktisk ønskede faser (esp Al ₂ Cu, kobberaluminid ) er til stede. Større mengder silisium legeres for å danne Mg ₂ Si ( magnesiumsilicid ) med magnesium , som i likhet med AlMgSi forbedrer styrke og herdbarhet.

Noen legeringer inneholder fortsatt litium med innhold mellom 1,5% og 2,5%. På grunn av den svært lave tettheten av Li (0,53 g / cm³ sammenlignet med 2,7 g / cm³ aluminium), fører dette til lettere komponenter, noe som er spesielt fordelaktig innen luftfart. For detaljer se aluminium-litiumlegering .

Støpe legeringer

Støpe legeringer inneholder rundt 4% kobber og andre tilsetningsstoffer i små mengder som forbedrer støpeevnen , inkludert titan og magnesium . Utgangsmaterialet er primæraluminium ; Sekundær aluminium (laget av skrap), i motsetning til andre aluminiumslegeringslegeringer, brukes ikke fordi det reduserer forlengelse ved brudd og seighet. AlCu-legeringslegeringene har varme sprekker og brukes i herdetilstandene T4 og T6.

Følgende tabell viser sammensetningen av noen karakterer i henhold til DIN EN 1706. Alle data i prosent etter masse , resten er aluminium.

Smidde legeringer

Mekaniske egenskaper

Betingelser:

• O myk ( myk glødet , også varmformet med samme styrkegrenseverdier).
• T3: løsning herdet, slukket, stivnet herdet og kunstig eldet
• T4: løsning herdet, slukket og kunstig eldet
• T6: løsning herdet, slukket og kunstig eldet
• T8: glødet oppløsning, stivnet herdet og kunstig eldet

applikasjoner

Aluminium-kobberlegeringer brukes hovedsakelig i flykonstruksjon , hvor deres lave korrosjonsmotstand spiller en underordnet rolle. Legeringene blir bearbeidet ved rulling , smiing , ekstrudering og noen ganger ved støping .

Rene AlCu smidde legeringer

Utdrag fra fasediagrammet som er relevant for teknisk brukte legeringer

Komplett fasediagram

Alle AlCu-legeringer er basert på systemet med rene AlCu-legeringer.

Løselighet av kobber og faser

Aluminium danner et eutektisk middel med kobber ved 547 ° C og 33 prosent masse , noe som også tilsvarer maksimal løselighet. Ved lavere temperaturer synker løseligheten kraftig; ved romtemperatur er det bare 0,1%.

Med høyere kobberinnhold dannes Al ₂ Cu fasen, en intermetallisk fase . Det er i en tetragonal struktur som er så forskjellig fra den ansiktssentrerte kubiske strukturen av aluminium at fasen bare eksisterer som en usammenhengende fase. Det er også delvis sammenhengende og faser.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

Strukturelle transformasjoner

Etter støping er materialet vanligvis en overmettet - fast løsning før selv ved romtemperatur som lenger inneholder kobber, kan anses å være løst ved denne temperaturen. ${\ displaystyle \ alpha}$

• Deretter dannes GP-soner (GP (I) -soner) ved temperaturer under 80 ° C, hvor det er økte konsentrasjoner av kobber, men som ennå ikke har en struktur eller danner sine egne faser.
• Ved litt høyere temperaturer opp til 250 ° C dannes fasen (også kalt GP (II) soner), noe som øker styrken.${\ displaystyle \ theta ''}$
• Ved enda høyere temperaturer dannes den delvis sammenhengende fasen${\ displaystyle \ theta '}$
• og ved høyere temperaturer på rundt 300 ° C dannes den usammenhengende fasen der styrken faller igjen.${\ displaystyle \ theta}$

De individuelle temperaturområdene overlapper hverandre: Selv ved lave temperaturer dannes - eller - faser, men disse dannes mye saktere enn GP (I / II) sonene. Hver av fasene dannes raskere, desto høyere temperatur.${\ displaystyle \ theta '}$${\ displaystyle \ theta}$

GP (I) soner

Dannelsen av GP (I) soner kalles kald herding og forekommer ved temperaturer opp til 80 ° C. De er små, skiveformede lag med bare ett atom tykt og 2 til 5 nanometer i diameter. Over tid øker antall soner og kobberkonsentrasjonen i dem, men ikke deres diameter. De er sammenhengende med gitteret av aluminium og dannes på {100} planene.

GP (II) soner

GP (II) sonene ( fasene) er i stor grad ansvarlige for å øke styrken til AlCu-legeringene. De er sammenhengende med aluminiumskrystallet og består av vekslende lag av aluminium og kobber med lagtykkelser på rundt 10 nanometer og dimensjoner på opptil 150 nanometer. I motsetning til GP (I) -sonene er disse tredimensjonale utfellinger. Lagene deres er parallelle med {100} planet til aluminiumet. Fasen er dannet fra fasen , men det er overlappinger. ${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta ''}$${\ displaystyle \ theta '}$

GP (II) -sonene krever ledige stillinger for vekst , og derfor fører mangel på disse ( f.eks. På grunn av magnesium) til forsinket vekst.

Delvis sammenhengende faser

Den fase er bare delvis koherent med aluminium gitter og former ved temperaturer fra 150 ° C til 300 ° C. Den har form av blodplater og kan oppstå fra GP (II) sonene. Imidlertid kan det også oppstå direkte som nedbør fra den blandede krystall. I det første tilfellet reduseres den økende grenseenergien ved dislokasjoner , i det andre tilfellet dannes utfellingene fortrinnsvis ved dislokasjoner.${\ displaystyle \ theta '}$

Usammenhengende faser

Den fase inkoherent med gitter av den blandede krystall. Det dannes ved temperaturer på 300 ° C og mer. Det danner vanligvis større partikler i større avstand enn de andre fasene, og fører derfor ikke til en økning i styrke eller til og med til en reduksjon hvis dannelsen skjer på bekostning av de andre fasene. Den fase oppstår også ved temperaturer mellom 150 ° C og 250 ° C som utfelling på korngrensene, da dette reduserer grenseflateenergien. ${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

De fase fører til en delvis interkrystallinsk brudd ; de bruddegenskapene forblir duktilt samlet. Endringen i bruddadferd er forårsaket av nedbørsfrie soner ved korngrensene. ${\ displaystyle \ theta}$

Den fase har en større potensialforskjell i forhold til det blandede krystall, slik at sjiktet korrosjon og intergranulær korrosjon kan forekomme. Ved lengre glødetider skilles også kornfasene ut og potensialforskjellen er lavere.${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

AlCuMg (Si, Mn) smidde legeringer

AlCuMg-legeringene er den viktigste gruppen av AlCu-legeringer. Mange andre faser kan dannes i dem:

• Al ₈ Mg ₅ ( fase, se AlMg )${\ displaystyle \ beta}$
• Al ₂ CuMg, S-fasen
• Al ₆ Mg ₄ Cu, T-fasen

Magnesiumtilsetninger akselererer kaldherdingsprosessen. Hvilke faser som dannes, avhenger hovedsakelig av forholdet mellom kobber og magnesium. Hvis forholdet er under 1/1, elimineres klynger som inneholder Cu og Mg. I et forhold på mer enn 1,5 / 1, som er tilfellet med de fleste tekniske legeringer, dannes fasen fortrinnsvis . Disse legeringene har betydelig høyere hardhet og styrke. ${\ displaystyle \ theta}$

litteratur

• Aluminium-Taschenbuch - Volum 1. 16. utgave, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 101 f., 114-116, 121, 139-141.
• George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Physical Metallurgy and Processes. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 140–152.
• Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 117-124.

Individuelle bevis

1. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 117 f.
2. ↑ Aluminium-Taschenbuch - Volum 1. 16. utgave, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 439.
3. ↑ Aluminium-Taschenbuch - Volum 1. 16. utgave, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 140 f.
4. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s.185.
5. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, vedlegg.
6. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, vedlegg.
7. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, vedlegg.
8. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 118.
9. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 119.
10. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 119.
11. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 119 f.
12. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Fysisk metaller og prosesser. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 140 f.
13. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 120.
14. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Fysisk metaller og prosesser. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 141.
15. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 120.
16. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 120.
17. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Fysisk metaller og prosesser. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 141–143.
18. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 120 f.
19. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Fysisk metaller og prosesser. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 143.
20. ^ Friedrich Ostermann: Applikasjonsteknologi aluminium. 3. utgave, Springer, 2014, s. 121.
21. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium - Volume 1: Fysisk metaller og prosesser. Marcel Dekker, New York / Basel 2003, s. 146–149.
22. ^ Aluminium-Taschenbuch - Volum 1. 16. utgave, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, s. 114 f.