Hva er duralumin-materiale? Kjenn til dets egenskaper og bruksområder

Duralumin er en utrolig aluminiumslegering når det gjelder høy spesifikk styrke og lett vekt. Selv om den har en av de laveste tetthetene av alle strukturelle metaller, er styrken virkelig imponerende. Siden oppdagelsen i 1909 har duralumin vært høyt ansett av ingeniører i et bredt spekter av bransjer, som flyproduksjon. Enten det gjelder drivstoffeffektivitet, energisparing eller utmattingsytelse, er duralumin den perfekte løsningen. La oss lære mer om dette bemerkelsesverdige materialet.

Hva er en duraluminlegering?

Duralumin er en type aluminiumslegering som inneholder kobber, magnesium og mangan, noe som gir den høy styrke og lav vekt. Den tilhører AI-Cu-legeringssystemet. Disse egenskapene gjør den til et viktig materiale for produksjon av deler til luftfart.

Når ble duraluminium oppdaget?

Duraluminiumlegering ble først oppdaget ved Dürener Metallwerke i Tyskland. I 1909 observerte den tyske metallurgen Alfred Wilm at Al-Cu-legering økte i styrke etter å ha blitt uforandret over tid. Dette fenomenet kan omtales som «naturlig aldringsherding». På grunn av sine forbløffende egenskaper kom duraluminium snart i industriell produksjon. I 1911 begynte det å bli brukt i produksjonen av flystrukturer.

Andre navn på duralumin

Avhengig av plassering, standarder og bruksområder, omtales duralumin også med andre navn. Nedenfor er noen eksempler:

• Duraluminium: I Europa kalles det også med dette navnet.
• Duralum: Det kalles noen ganger kommersielt med dette navnet.
• Dural: Det er en mye brukt forkortet form.
• Duralmetall / duralmaterialer: Det kan brukes med dette navnet for å indikere høy styrke, som i duraluminium.

Er duralumin magnetisk?

Generelt sett er aluminiummetall ikke-magnetisk av natur, og det samme gjelder legeringer. Duraluminium beholder heller ikke magnetisme og viser ikke magnetisk tiltrekning. Dens ikke-magnetiske natur har visse fordeler. For eksempel forstyrrer ikke komponenter laget av duraluminium magnetisk flyelektronikk.

Kjemisk sammensetning av duralumin

Vanligvis inneholder duralumin 90–95 % aluminium, 3–5 % kobber, 0.5–1.5 % magnesium og 0.3–1 % mangan. Mens kobber er det viktigste forsterkende elementet, forfiner mangan og magnesium kornstrukturen og forbedrer utfellingen. Av og til tilsettes silisium i en svært liten mengde for å forbedre støpeegenskapene. Denne kombinasjonen produserer duralmateriale med imponerende styrke, utmattingsmotstand og seighet.

Hva er egenskapene til duralumin?

Duralumin har virkelig unike egenskaper. Den har en lav tetthet som gjør den egnet for bruksområder med lav vekt. På den annen side matcher styrken den til stål. Det er derfor duralumin vanligvis brukes til å produsere mekaniske deler.

Fysiske egenskaper til duralumin

Følgende fysiske egenskapsverdier er også basert på 2024-T351 aluminiumsplate.

H3 Mekaniske egenskaper til duralumin

Følgende verdier er typiske egenskaper for 2024-T351 aluminiumsplate, en vanlig maskinert duraluminlegering.

Er duraluminium sprøtt?

Duralumin klassifiseres normalt ikke som et sprøtt materiale, men dets duktilitet er lavere enn for rent aluminium og noen mykere aluminiumlegeringer. Bruddforlengelse

garanterer ikke at alle maskinerte deler vil bøye seg synlig før de brekker. Skarpe hjørner, borede hull, maskineringsmerker, utmattingssprekker, korrosjonsskader og ugunstig fiberretning kan konsentrere stress og føre til at en komponent svikter med begrenset synlig deformasjon.

Tåler duraluminium gjentatt belastning over lengre tid?

Ja, ifølge tabellen ovenfor kan vi enkelt vite at 2024-T351 duralumin har en utmattingsstyrke på omtrent 138 MPa ved 5 × 10⁸ sykluser, noe som betyr at den tåler gjentatt belastning.

Dens flytegrense på 324 MPa gjør at delene motstår permanent deformasjon under normal belastning. Disse egenskapene indikerer at duralumin er egnet for lastbærende deler som brukes i industrielle, mekaniske eller luftfartsenheter.

Hva er fordelene med duraluminium?

Duraluminens eksepsjonelle egenskaper gir det flere unike fordeler. Det tilbyr en ideell kombinasjon av styrke, lett vekt og produksjonsvennlighet. Komponentenes lave vekt bidrar til å spare mye energi i mobile komponenter. I tillegg tåler den høye styrken høye belastninger. God maskinbearbeidbarhet bidrar til å produsere presise komponenter med små toleranser.

Gode ​​mekaniske egenskaper

Komponenter laget av duraluminium tåler høye belastninger under gjentatt belastning. Duraluminium har både høy styrke og utmerket utmattingsmotstand. Disse egenskapene forbedres ytterligere av aldringsherdingen til denne aluminiumlegeringen.

Lett

Aluminium er blant de laveste vanlige metallene. Den har en tetthet på bare 2.78 g/cm³. Den er langt mindre enn kobber og stål. Den er nesten halvparten så stor som titan. Så deler som er laget av duralumin har høy spesifikk stivhet.

God bearbeidbarhet

Duraluminium tilbyr utmerket maskinbearbeidbarhet i utfellingsherdet tilstand. Det muliggjør perfekte bore-, bore- og freseoperasjoner. Intrikate former kan enkelt skjæres ut av dette duraluminiummaterialet. Som et resultat kan presisjonsmaskinering med små toleranser forventes. Maskinbearbeidede deler gir en virkelig god overflatefinish.

Korrosjonsbeskyttelse

Duralumin har bedre korrosjonsbestandighet enn stål fordi det hovedsakelig består av aluminium, og er derfor lett å skjære i. Overflaten reagerer derfor raskt med oksygen og danner en tynn, tett aluminiumoksidfilm, noe som kan redusere korrosjonshastigheten. I tillegg utføres vanligvis følgende overflatebehandlinger for å forbedre korrosjonen:

• Alclad-kledning
• anodisering
• Beskyttende belegg
• maling

Kan duralumin resirkuleres i produksjon?

Kan duralumin resirkuleres i produksjon? Ja! Det er 100 % resirkulerbart. Gjenvinning av aluminium bruker mye mindre energi enn primær utvinning.

Hva er typiske kvaliteter av duralumin?

De tidligste versjonene av duralumin inneholder rundt 95 % aluminium og 4 % kobber. Men det var ikke en strengt regulert sammensetning. Det fantes mange variasjoner i disse Al-Cu-legeringene. Så duraluminmetaller har et bredt spekter av legeringer. ASTM så vel som andre internasjonale standarder har klassifisert duraluminlegeringskvaliteter. Noen av typiske kvaliteter av duralumin inkluderer:

2024 Aluminium

Som det fremgår av tabellen ovenfor, inneholder 2024-aluminiumlegering den høyeste prosentandelen magnesium. Det fremmer utfelling av S-faser. Derfor har 2024-aluminiumskvalitet en svært høy styrke og utmattingsmotstand. Den er svært egnet for flyskinn og utmattingsbelastede konstruksjoner.

2017 Aluminium Alloy

Styrken til 2017 aluminiumslegering er lavere enn 2024 aluminium. Men den har bedre duktilitet og formbarhet. Dens utfellingsegenskaper og aldring er også mer forutsigbar.

2014 Aluminium

Det høyere silisiuminnholdet i denne legeringen fremmer god støpeevne og varmfasthet. Derfor er 2014-legering garde hovedsakelig foretrukket for smiing og tykke profiler. Den kjemiske sammensetningen av disse vanlige duraluminkvalitetene er gitt nedenfor:

Duralumin vs. andre metaller

Hvert metall har sine egne egenskaper som markerer dets anvendelighet i ulike bruksområder. Duraluminmetaller har sine egne unike egenskaper. Å sammenligne med andre vanlige metaller som stål, messing og generelle aluminiumslegeringer hjelper med å identifisere egnethet for bestemte bruksområder.

Er duralumin sterkere enn stål?

2024-T351 duralumin har mye høyere strekk- og flytegrense enn rent aluminium og mange generelle aluminiumlegeringer. Styrken kan også nærme seg styrken til noen milde ståltyper. Dette betyr imidlertid ikke at duralumin er sterkere enn alle ståltyper. Høyfast legeringsstål kan gi betydelig større absolutt styrke, hardhet og slitestyrke.

Er duraluminium mykere enn stål?

Ja, duraluminium er generelt mykere enn det meste av stål. Derfor er duraluminiumdeler mer utsatt for deformasjon sammenlignet med ståldeler med samme dimensjon.

Er messing bedre enn duraluminium?

Messing og duralumin har betydelig forskjellige egenskaper. Mens messing er tyngre og duktilt, er duralumin lettere og sterkere. Messing brukes ofte i rør, ventiler, beslag og dekorative deler. Duralumin brukes hovedsakelig i strukturelle deler som har krav til lav vekt. Kort sagt, messing og duralumin er ikke gjensidig utskiftbare materialer.

Duralumin vs. annen aluminiumslegering

• 6061 aluminium: 6061-legering har en betydelig lavere kostnad enn duraluminium. 6061 tilbyr bedre korrosjonsbestandighet, god sveiseevne, men lavere styrke enn duraluminium.
• 7075 aluminium: 7075-legering er en av de sterkeste blant alle aluminiumslegeringer. Dens utmattingsbestandighet (UTS) er høyere enn duraluminium. 7075 er hovedsakelig foretrukket for sin høye lastbærende evne, mens aluminiumslegeringer i 2000-serien er kjent for sin utmattingsmotstand og bruddseighet.

Tabellen nedenfor viser en sammenligning av duralumin med disse vanlige materialene:

Kan duralumin maskineres?

Selv om maskineringsegenskapene til duralumin er litt annerledes enn andre aluminiumserier, tilbyr den utmerket maskineringsevne. Maskinbearbeidede deler produsert av duralumin har høy presisjon, god nøyaktighet og en god maskinert overflatefinish.

Maskinbarhet av duralumin

Utfellingene i duralumin bidrar til å forbedre maskinbearbeidbarheten. Den relativt høyere styrken bidrar til å produsere rene spon. Men nøye kontroll av skjæreparametrene er nødvendig for å forhindre overoppheting og skade.

Egnede CNC-maskineringsteknikker

• Høyhastighetsfresing brukes til å skjære ut komplekse egenskaper som lokkede og dype underskjæringer av duraluminium. Det kan brukes til å produsere presise tynne strukturer og romfartsdeler. Det krever en redusert skjærekraft som minimerer arbeidsstykkets nedbøyning. Bruk av hardmetallverktøy forbedrer maskinbarheten ytterligere.
• CNC-dreiing brukes vanligvis til å lage sylindriske duraluminiumkomponenter. Bøssinger og aksler kan lages ved hjelp av denne teknikken.
• CNC-boring: Tuofa-boreteknikk og gjenging produserer presise hull og gjengede egenskaper.

Utfordringer for maskinering av duraluminium

Selv om duraluminium er en legering som er lett å bearbeide, kan det likevel være visse utfordringer som kan føre til vanskeligheter. Noen av dem er nevnt nedenfor:

• Verktøyslitasje
• Innebygd kant
• Varmeoppbygging
• Chip Evakuering

Hva brukes duraluminium til?

På grunn av det usedvanlig høye forholdet mellom styrke og vekt brukes duralumin hovedsakelig i mange applikasjoner med lav vekt. Det gir den primære fordelen med drivstoffeffektivitet innen luftfart og bilindustrien. Utmattingsmotstanden det tilbyr er bemerkelsesverdig høy, noe som gjør det mer holdbart i sykliske belastningsapplikasjoner.

Luftfartsindustri

Luftfartsindustrien er den primære mottakeren av duraluminiumkomponenter. Noen av komponentene er nevnt nedenfor:

• Parentes

Braketter laget av duralumin har svært god dimensjonsstabilitet. Det bidrar dermed til viktig støtte og sammenføyning av strukturelle elementer.

• Fittings

Hengselbeslag, gaffelbolter og koblinger laget av duralumin er mer pålitelige enn andre metaller. Likevel øker det ikke vekten på flyet.

• Presisjonsfester

Presisjonsfester for avionikk, instrumentering og sensorhus får minimal nedbøyning på grunn av utmerket stabilitet under vibrasjoner.

Bildeler

Drivstoffeffektivitet øker ytelsen til bildeler mange ganger. Duraluminium fremmer denne drivstoffeffektiviteten.

• Strukturkomponenter for racing

I racerbiler er toppfart og akselerasjon de viktigste indikatorene. Lav vekt på strukturelle komponenter bidrar til å oppnå nettopp det.

• Lette forbindelsesdeler

Tilkoblingsdeler som bærearmer, motorfester og koblinger kan lages med lav vekt uten at det går på bekostning av styrken.

mekanisk utstyr

• Høyfaste hus

Hus laget av duraluminium opprettholder strukturell integritet under mekanisk belastning. Lagerseter, tetninger og monteringsflater kan produseres av duraluminium.

• Presisjonsstøttestrukturer

Robotrammer, fester for optiske instrumenter og presisjonsarmaturer kan produseres av duralumin.

Trenger duralumindeler overflatebehandling?

Ja, duralumin krever overflatebehandling hovedsakelig for korrosjonsbeskyttelse. Det kan også være estetiske årsaker. I andre aluminiumslegeringer dannes det et fullstendig beskyttende Al₂O₃ _{- lag} på overflaten som beskytter mot korrosjon. Men siden kobber tilsettes i en betydelig mengde i duralumin, dekker ikke dette naturlige overflatelaget hele overflaten. Ved beleggferier vil korrosjon starte og danne groper.

Vanlig overflatebehandling for duralumindeler

Vanligvis er duralumindeler kledd med rent aluminium. Denne prosessen kalles «Alclad». Anodisering, pulverlakkering og maling er andre overflatebehandlingsmetoder.

Når trenger duralumindeler krommaling?

Krommaling tjener tre formål:

1. Korrosjonsbeskyttelse
2. estetisk forbedring
3. Slitestyrke

Så i miljøer der korrosjons- og slitasjeangrep er alvorlige, er krommaling å foretrekke.

Konklusjon

Duralumin er en legering av aluminium med kobber som hovedlegeringselement. På grunn av uoverensstemmelse i atomstørrelser skaper gitterforvrengning høy styrke i duraluminiumdeler. Tettheten er mye lavere enn andre materialer med sammenlignbar styrke. Den er svært maskinbearbeidbar. Som et resultat er den mye brukt innen luftfart, bilindustrien og mekaniske applikasjoner.

FAQ

Er duralumin sterkere enn stål?

Selv om duralumin har en styrke som er sammenlignbar med de fleste vanlige stålkvaliteter, finnes det mange stållegeringer som har en mye høyere flytegrense enn duralumin.

Er duralumin jernholdig?

Nei, duralumin er et ikke-jernholdig metall. Det er en type aluminiumslegering som har egenskaper som høy styrke og lav vekt.

Hva er den vanligste 2000-serien aluminium?

2024 aluminium er den desidert vanligste legeringen i 2000-serien.