Формулы сплава алюминия с медью

Какую химическую формулу вы получаете, смешивая медь и алюминий?

Медь и алюминий могут быть объединены в медно-алюминиевый сплав. Сплав является смесью и поэтому не имеет химической формулы. Однако при очень высокой температуре медь и алюминий могут образовывать тв

Содержание:

Медь и алюминий могут быть объединены в медно-алюминиевый сплав. Сплав является смесью и поэтому не имеет химической формулы. Однако при очень высокой температуре медь и алюминий могут образовывать твердый раствор. Когда этот раствор остывает, интерметаллическое соединение CuAl2 или алюминид меди может образовывать осадок.

Соединения и Сплавы

Соединение имеет фиксированное соотношение между составляющими его элементами. Независимо от того, сколько соединения у вас есть, соотношение между различными атомами одинаково. С другой стороны, смесь может содержать различные количества составляющих ее элементов. Металлический сплав представляет собой смесь двух или более металлов в любом соотношении. Следовательно, сплав не имеет химической формулы. Вместо этого сплавы описываются в процентах. Эти проценты могут изменяться, когда добавляется больше одного из металлов.

Твердый раствор

Когда медь и алюминий нагреваются до 550 градусов по Цельсию (1022 градуса по Фаренгейту), твердая медь растворяется в алюминии, образуя раствор. При этой температуре медно-алюминиевый раствор может содержать до 5,6% меди по массе. Это решение является насыщенным; он не может держать больше меди. По мере охлаждения насыщенного медно-алюминиевого раствора растворимость меди уменьшается, и раствор становится перенасыщенным. Когда медь в конечном итоге выпадает в осадок из раствора, она образует интерметаллическое соединение CuAl2.

Интерметаллические соединения

Интерметаллическое соединение CuAl2 образуется медленно после создания исходного раствора. Со временем атомы меди могут перемещаться через сплав вследствие диффузии. Это движение приводит к образованию кристаллов CuAl2. Это соединение всегда содержит два атома алюминия на каждый атом меди; это 49,5 процента алюминия по весу. Из-за этого фиксированного соотношения соединение имеет определенную химическую формулу.

Отверждение осадков

Конкретная ориентация атомов в алюминии приводит к скольжению между плоскостями атомов. Это приводит к снижению силы. Когда образуются кристаллы CuAl2, это проскальзывание уменьшается. Этот процесс называется осаждением при отверждении и помогает повысить прочность медно-алюминиевого сплава. Производители могут регулировать температуру с течением времени, чтобы максимизировать это отверждение.

Другие соединения меди и алюминия

CuAl2 является доминирующим интерметаллическим соединением меди и алюминия. Однако два металла могут также образовывать интерметаллические соединения CuAl и Cu9Al4. Эти соединения могут образовываться со временем после начального образования CuAl2. Образование этих других соединений зависит от температуры, времени и места осаждения меди.

Источник

Как называется сплав алюминия с медью? Производство сплавов металлов на основе меди и алюминия

Одним из самых распространенных металлов на Земле считается алюминий. Его еще называют «летающим металлом». Несмотря на то, что в природе он не встречается в чистом виде, его можно найти во многих минералах. А самый распространенный сплав, который используется для производства множества деталей и конструкций, – это дюралюминий (дюраль).

Его изобрел немецкий ученый Альфред Вильм, который работал на заводе Dürener Metallwerke AG (город Дюрен). Он определил, что сплав алюминия с медью обладает намного более лучшими характеристиками, чем сам металл в чистом виде.

Группа высокопрочных сплавов

На самом деле дюралюминий – это целая группа сплавов, в которых основным компонентом является алюминий, а его легирующими элементами – медь, цинк, марганец, магний. Но в целом их характеристика определяется не только составом, но и способом термообработки. В 1903 году впервые было обнаружено, что в процессе старения сплав алюминия с медью становится еще более прочным и твердым.

Как выяснилось позже, это объясняется тем, что когда после закалки металл находится несколько дней при комнатной температуре, его перенасыщенный твердый раствор распадается, а это, в свою очередь, сопровождается упрочнением материала.

Процесс старения и возврат к предыдущему состоянию

Как уже было сказано ранее, старение металла – важный процесс, который обуславливается структурными превращениями, вызывающими изменения физических и механических свойств. Оно может быть естественным и искусственным. В первом случае сплав выдерживают несколько суток при комнатной температуре.

При искусственном старении время обработки сокращается, но при этом увеличивается температура. Для того чтобы вернуть сплав к предыдущему состоянию, его необходимо на несколько секунд нагреть до 270 градусов и затем быстро остудить.

Производство алюминия

Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом. Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.

Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.

Производство дюрали

В общей сложности все алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные и деформированные. Процесс их производства зависит именно от того, какой вид должен получиться в конечном итоге. Кроме того, способ изготовления также зависит и от требуемых характеристик.

Для производства дюраля алюминиевые слитки расплавляют в электрической печи. Интересно, что это один из немногих металлов, который можно переводить из твердого состояния в жидкое и наоборот множество раз. Это не повлияет на его характеристики. В расплавленный алюминий по очереди добавляют медь и другие легирующие элементы, такие как марганец, железо, магний. Очень важно соблюдать процентное соотношение: 93% алюминия, 5% меди, остальные 2% приходятся на другие легирующие элементы.

Закалка и отжиг дюраля

Обязательным для такого сплава является процесс закалки. Время выдержки для небольших деталей составляет всего несколько минут, а температура — около 500 °С. Сразу после процедуры дюраль получается мягким и вязким. Он легко поддается деформации и обработке. Спустя некоторое время сплав твердеет и его механические свойства повышаются. Если превысить порог температуры, происходит окисление и материал теряет свои характеристики. После закалки его необходимо медленно остудить в прохладной воде.

Итак, вы уже знаете, как называется сплав алюминия с медью. Он нередко поддается деформации: холодному прокату, вытяжке, ковке. При этом возникает так называемая нагартовка. Это процесс, в ходе которого в структуре металла происходит передвижение и размножение дислокаций. В итоге сам сплав меняет свою структуру, становится более твердым и прочным. При этом снижается его пластичность и ударная вязкость. Для того чтобы деформации проходили более легко и нагартовка не разрушала металл, используют отжиг. Для этого сплав нагревают до 350 °С и затем остужают на воздухе.

Диаграмма состояния сплава (алюминий и медь)

Для того чтобы наиболее четко описать взаимодействие компонентов дюраля в твердом и жидком состоянии, а также объяснить характер изменения свойств сплава, используют диаграмму состояний.

Из неё видно, что наибольшая растворимость Cu в сплаве с алюминием наблюдается при температуре 548 °С и при этом она составляет 5,7 %. При повышении температуры она будет увеличиваться, а при понижении – уменьшаться. Минимальная растворимость (0,5 %) будет наблюдаться при комнатной температуре. Если же дюраль закалить выше 400 °С, он станет твердым однородным раствором – α.

Во время данного процесса будет происходить распад твердого раствора. Очень необычно ведёт себя сплав алюминия и меди, формула которого — CuAl_2. Процесс сопровождается выделением избыточной фазы А1. Такой распад протекает в течение длительного времени. Это и есть то естественное старение, о котором мы уже ранее упоминали.

Свойства сплава

Легирование металла теми или иными элементами позволяет повысить его характеристики. Вы запомнили, как называется сплав алюминия с медью? Какими же свойствами он обладает?

Сам по себе алюминий очень легкий, мягкий и совершенно непрочный. Он растворим в слабо концентрированных щелочах и кислотах. Добавив к алюминию медь и магний, можно получить уже достаточно прочный сплав. Его эксплуатационные параметры достаточно легко улучшить – просто нужно оставить его полежать при комнатной температуре. Так, эффект старения увеличивает прочность дюраля, о чём мы говорили выше.

Сам по себе алюминий достаточно легкий. Незначительный процент меди не утяжеляет сплав. Еще одна положительная характеристика – это возможность многократно переплавлять сплав. При этом он не будет терять своих свойств. Единственное, что необходимо, так это после отливки дать ему «отдохнуть» пару суток.

Недостатком дюралюминия является его низкая коррозионная стойкость. Поэтому чаще всего такой материал покрывают чистым слоем алюминия или же красят лаками и красками.

Алюминиевые сплавы и их применение

Впервые дюраль был использован для изготовления дирижаблей. Легкость и прочность этого материала позволила создать отличный летательный аппарат. Для этого применялась марка Д16т. В настоящее время сплавы с алюминием, цинком, медью и другими легирующими элементами широко используются в космонавтике, авиации и иных областях машиностроения.

Так, например, использование дюралюминия при изготовлении авто может значительно снизить его вес и стоимость, но при этом оно будет достаточно прочным.

В общем, можно отметить, что ассортимент данного сплава достаточно широк: трубы, проволоки, листы, ленты, прутки и литые детали разных форм. Одной из самых востребованных и распространенных марок по-прежнему считается Д16т. Маленькая буква «т» в конце маркировки означает, что сплав закаленный и естественно состарился. Он используется:

• В конструкциях космических аппаратов, морских судов и самолетов.
• Для изготовления различных деталей для станков и машин.
• Для изготовления уличных табличек, дорожных знаков.

Название сплава алюминия и меди должен знать каждый. Дюраль используется и в нефтяной промышленности. Так, специальные трубы, изготовленные из него, могут обеспечить эксплуатацию скважины в течение 6-7 лет.

Как называется сплав алюминия и меди, запомнить легко. Итак, мы рассказали, каким свойствами он обладает и где применяется. Он с легкостью может заменить стальной прокат, в особенности если необходимо сделать конструкцию маловесной.

Источник

Литейные сплавы алюминий-медь

Алюминиевые литейные сплавы, основным легирующим элементом является медь, имеют ее содержание от 4 до 5 %. Кроме того в них присутствуют обычные примеси железо и кремний, а иногда также небольшие количества марганца.

Фазовая диаграмма алюминий-медь

Эти сплавы являются термически упрочняемыми и могут достигать довольно высокой прочности и пластичности, особенно если они получены из слитков с содержанием железа не более 0,15 %.

Фазовая диаграмма алюминий-медь

Однофазные алюминиевые сплавы

Алюминиево-медные сплавы являются однофазными. В отличие от сплавов алюминия с кремнием здесь нет вторичной фазы с высокой жидкотекучестью, которая бывает так полезна на последних стадиях затвердевания отливок. Когда такая фаза присутствует, она помогает заполнять металлом пустоты, которые возникают при усадке, а также компенсирует напряжения, которые возникают в отливке при ее затвердевании.

Трудные алюминиевые сплавы

Эти сплавы более сложны для литья, чем, скажем, сплавы алюминия с кремнием. При работе с ними необходимо предпринимать специальные меры, чтобы обеспечивать затвердевание металла от отдаленных участках отливки к более горячими и более жидким участкам, к прибылям и затем к питателям. Когда такие должные меры приняты, эти алюминиево-медные сплавы могут успешно применяться для производства отливок с высокой прочностью и пластичностью. Заметим, что более сложная технология литья характерна и для других однофазных алюминиевых литейных сплавов.

Алюминиево-медные сплавы проявляют весьма низкие литейные свойства и требуют более тщательного проектирования литейных форм, чтобы получить хорошую отливку. Эти сплавы применяют главным образом для литья в песчаные формы. Если есть необходимость их литья в металлические формы, то в них добавляют кремний для увеличения текучести и снижения горячего растрескивания. Однако добавки кремния существенно снижают пластичность материала отливки.

Сплавы с содержанием 7-8 % меди

Сплавы алюминий-медь с более высоким содержанием меди (7-8 %) когда-то были самыми популярными. В настоящее время их почти полностью заменили сплавы алюминия-медь-кремний. Единственным преимуществом сплавов алюминий-медь с высоким содержанием меди является их нечувствительность к примесям. Однако они имеют очень низкую прочность и весьма посредственные литейные свойства.

Сплавы с содержанием 9-11 % меди

Очень ограниченное применение имеют алюминиево-медные сплавы, которые содержат 9-11 % меди. Они сохраняют высокую прочность при повышенных температурах и имеют высокую износостойкость, что очень привлекательно для применения в авиационных головках цилиндров и автомобильных блоках цилиндров.

Очень хорошая прочность при высоких температурах является характерным свойством алюминиевых сплавов, которые содержат медь, никель и магний, а иногда также железо.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Источник

Алюминиево-медный сплав

Алюминиево-медные сплавы ( AlCu ) — это алюминиевые сплавы — сплавы, которые в основном состоят из алюминия (Al), — которые содержат медь (Cu) в качестве основного легирующего элемента . Важные типы по-прежнему содержат добавки магния и кремния (AlCu (Mg, Si)), а марганец часто также добавляют для повышения прочности (см. AlMn ). Основная область применения — авиастроение . Эти сплавы обладают средними до высокой прочности и возрастные отверждаемые . Доступны как деформируемые, так и литые сплавы . Недостатками являются их подверженность коррозии и плохая свариваемость . Они стандартизированы в серии 2000. Дюралюмин — самая старая разновидность в этой группе, восходящая к Альфреду Вильму , который открыл его в 1903 году. Только за счет использования алюминиево-медных сплавов алюминий можно было использовать в качестве широко распространенного конструкционного материала, поскольку чистый алюминий слишком мягкий для этого, а другие закаливаемые сплавы, такие как сплавы алюминия-магния-кремния (AlMgSi) или естественно твердые (не закаливаемые) сплавы, все еще остаются не были известны.

Содержание

Типы, элементы сплава и состав

Как и почти все алюминиевые сплавы, различают деформируемые сплавы для прокатки и ковки и литейные сплавы для литья .

Содержание меди обычно составляет от 3 до 6%. Считается , что при содержании от 0,3% до 6% их невозможно или очень трудно сваривать ( сваркой плавлением ), при более высоком содержании Cu они свариваются. Большинство типов по-прежнему содержат магний , марганец и кремний, добавленные для увеличения прочности. Свинец и висмут образуют мелкие включения, которые плавятся при низких температурах и, таким образом, приводят к лучшему стружкообразованию , как у автоматной стали . Тепловое сопротивление увеличивается при добавлении никеля и железа.

Железо, содержащееся в технических сплавах в качестве примеси, препятствует холодному упрочнению . Это снова становится возможным при добавлении магния. Увеличение количества магния до 1,5% увеличивает прочность и удлинение при разрыве (см. AlMg ). Марганец также используется для увеличения прочности (см. AlMn ). Однако большие количества имеют отрицательные побочные эффекты, поэтому содержание Mn ограничено примерно 1%. Меньшие добавки кремния добавляются для связывания железа, поскольку он предпочтительно образует фазу AlFeSi, в то время как образование Al ₇ Cu ₂ Fe приведет к удалению большего количества меди из материала, что в таком случае больше не приведет к образованию действительно желаемых фаз (особенно Al ₂ Cu, алюминид меди ). Большие количества кремния добавляют для образования Mg ₂ Si ( силицид магния ) с магнием , который, как и AlMgSi, улучшает прочность и прокаливаемость.

Некоторые сплавы все еще содержат литий от 1,5% до 2,5%. Из-за очень низкой плотности Li (0,53 г / см³ по сравнению с 2,7 г / см³ алюминия) это приводит к более легким компонентам, что особенно выгодно в авиации. Подробнее см. Алюминиево-литиевый сплав .

Литейные сплавы

Литейные сплавы содержат около 4% меди и другие небольшие количества добавок, улучшающих литье , включая титан и магний . Исходный материал — первичный алюминий ; Вторичный алюминий (изготовленный из лома), в отличие от других алюминиевых литейных сплавов, не используется, поскольку он снижает удлинение при разрыве и ударную вязкость. Литейные сплавы AlCu склонны к образованию горячих трещин и используются в состояниях упрочнения Т4 и Т6.

В следующей таблице показан состав некоторых марок согласно DIN EN 1706. Все данные в процентах по массе , остальное — алюминий.

количество	Химическая промышленность ( обозначение CEN )	Кремний	железо	медь	марганец	магний	цинк	титан
21000	AlCu4TiMg	0,2	0,4	4,2-5,0	0,10	0,15-0,35	0,1	0,15-0,30
21100	AlCu4Ti	0,18	0,2	4,2-5,2	0,55	—	0,07	0,15-0,30

Кованые сплавы

количество	Химическая промышленность ( обозначение CEN )	Кремний	железо	медь	марганец	магний	хром	цинк	титан	Другие
EN AW-2007	AlCu4PbMgMn	0,8	0,8	3,3-4,6	0,50–1,0	0,4-1,8	0,10	0,8	0,20	0,20 Bi 0,8-1,5 Pb 0,2 Sn 0,2 Ni
EN AW-2011	AlCu6BiPb	0,40	0,7	5,0-6,0	—	—	—	0,30	—	0,20-0,6 Bi 0,2-0,6 Pb
EN AW-2014 (EN AW-2014A)	AlCu4SiMg AlCu4MgSi (A)	0,5-1,2 (0,5-0,9)	0,7 (0,5)	3,9-5,0	0,40–1,2	0,20-0,8	0,10	0,25	0,15	0,2 Zr + Ti (0,2 (Zr + Ti), 0,10 Ni)
RU AW-2017	AlCu4MgSi (А)	0,2-0,8	0,7	3,5-4,5	0,4-1,0	0,4-1,0	0,10	0,25	—	0,25 Zr + Ti
EN AW-2024	AlCu4Mg1	0,50	0,5	3,8-4,9	0,30-0,9	1,2–1,8	0,10	0,25	0,15	0,2 Zr + Ti
AA 2026	AlCu4Mg1Zr	0,05	0,07	3,6-4,3	0,30-0,8	1,0–1,6	—	0,10	0,06	0,05-0,25 Zr

Механические свойства

• O мягкий ( мягкий отжиг , также горячее формование с теми же предельными значениями прочности).
• T3: отожженный на твердый раствор, закалка, деформационная закалка и искусственное старение
• T4: раствор, отожженный, закаленный и искусственно состаренный
• T6: раствор, отожженный, закаленный и искусственно состаренный
• T8: отожженный на твердый раствор, деформационная закалка и искусственное старение

Численно	Химическая промышленность (CEN)	Положение дел	Модуль упругости / МПа	Модуль G / МПа	Предел текучести / МПа	Предел прочности на разрыв / МПа	Относительное удлинение при разрыве /%
EN AW-2007	AlCu4PbMgMn	Т3 T8	72 500	27 300	300 310	380 405	16 14-е
EN AW-2011	AlCu6BiPb	Т3 Т4 T6 T8	72 500	27 300	290 270 300 315	365 350 395 420	15-е 18-е 12 13
RU AW-2014	AlCu4Mg	Т4 T6	73 000	27 400	85 275 425	190 430 485	20-е 18-е 12
RU AW-2017A	AlCu4MgSi (А)	Т4	72 500	27 200	70 275	180 425	20-е 21-е
EN AW-2024	AlCu4Mg1	T8	73 000	27 400	75 450	185 485	20-е nb

Приложения

Алюминиево-медные сплавы используются в основном в авиастроении , где их низкая коррозионная стойкость играет второстепенную роль. Сплавы обрабатываются прокаткой , ковкой , экструзией, а иногда и литьем .

Источник