Алюминий и его сплавы

Алюминий — металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком, плотность 2,7 г/см³, температура плавления 659 °С твердость после прокатки и обжига около 20 - 25 НВ, относительное удлинение 30 - 40 %, предел прочности на растяжение 80 - 100 МПа.

Алюминий — пластичный металл, обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается, на воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой, защищающей металл от дальнейшего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах.

Недостатками алюминия являются малая прочность, плохая обрабатываемость на металлорежущих станках и низкие литейные свойства.

Основными рудами для выплавки алюминия служат бокситы, алу-ниты, каолины и др. Наиболее богатые алюминием руды — бокситы — содержат от 50–60 % оксида алюминия (глинозема А1₂О_З).

Технологический процесс производства алюминия состоит из двух основных этапов: получение глинозема из руд и извлечение алюми­ния из глинозема и рафинирование (очищение).

Алюминий может быть также получен путем переплавки алюминиевых отходов и лома.

Существенное влияние на свойства алюминия оказывают примеси. Магний и марганец снижают его электро- и теплопроводность, железо — коррозионную стойкость, кремний — пластичность алюминия. За основу классификации алюминия принята его чистота. В зависимости от количества примесей установлены 13 марок алюминия: особой чистоты — А999; высокой чистоты — А995, А99, А97, А95; технической чистоты — А85, А8, А7, А6, А5, А5Е, АО, А. Число после буквы указывает на содержание алюминия в тысячных, сотых или десятых долях процента сверх 99 %. Например, в марке А95 содержится 99,95 % алюминия, в марке А8 — 99,8 %. Исключение составляют марки А и АЗЕ, в которых содержание алюминия такое же, как и в марках АО и А5. В марке А5Е буква Е означает, что этот алюминий используют для производства электропроводов. Промышленность выпускает алюминий перечисленных марок в виде листов, фольги, прутков, проволоки и сортовых профилей (уголок, тавр, полутавр, швеллер).

Применение алюминия обусловлено его свойствами. Из чистого алюминия изготавливают электрические конденсаторы, выпрямители, полупроводниковые приборы, электрические провода и шнуры; его используют в производстве зеркал и отражателей.

Наибольшее применение имеют алюминиевые сплавы, которые благодаря легирующим элементам имеют высокие прочность и твердость.

По способу переработки в изделия алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые, подвергающиеся обработке давлением, и литейные, из которых изготовляют детали и заготовки литьем.

Деформируемые алюминиевые сплавы легируются медью, магнием, марганцем, цинком, железом, кремнием и другими элементами, имеют высокую пластичность, выпускаются в виде листов, полос, плит, прутков, проволоки, труб и т. д.

Деформируемые сплавы делятся на две группы: неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Наиболее распространенными неупрочнясмыми сплавами алюминия являются сплавы на основе алюминия и марганца, алюминия и магния. Эти сплавы маркируются буквами АМц и АМг. В сплавах алюминия с магнием цифры указывают на среднее содержание магния в процентах.

В сплаве алюминия с марганцем марки АМц содержится от 1,0 до 1,6 % марганца, а в сплавах с магнием марок АМг1, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб — примерно 1–6 % магния. Неупрочняемые сплавы алюминия отличаются высокой коррозионной стойкостью, пластичностью. Их используют для изготовления металлической посуды.

Упрочняемые алюминиевые сплавы могут повышать свою прочность при термической обработке. Наиболее распространенными упрочняемыми сплавами являются сплавы алюминия с медью – дюралюмин (дуралюмины). Название происходит от немецкого города Дюрен, нем. Düren, где в 1909 году было начато его промышленное производство Сплавы маркируются буквой Д и цифрой, указывающей номер сплава: Д1, Д6, Д18. Состав дюралюмина следующий: медь – от 3,8 до 4,8 %, магний – от 0,4 до 2,3 %, марганец – от 0,4 до 0,8 %, остальное – алюминий. Прочность и твердость дюралюмина более чем вдвое превосходит прочность и твердость чистого алюминия.

Однако дюралюмин имеет низкую коррозионную стойкость и для защиты от коррозии подвергается плакированию — нанесению на по­верхность деталей и изделий тонкого защитного слоя из чистого алю­миния.

Близки по химическому составу к дюралюминам деформируемые сплавы для ковки и штамповки (АК4, АК6, АК8); их применяют для изготовления поршней авиационных двигателей, лопастей винтов, крыльчаток насосов и др.

Деформируемые алюминиевые сплавы являются наряду со сталью основным конструкционным материалом; их используют в машино- и самолетостроении, для изготовления оборудования и аппаратов пищевой промышленности, в строительстве, производстве мебели. Алюминиевые сплавы применяют в промышленных и бытовых холодильниках. Хорошо известно применение алюминия в пищевой промышленности. Тонкую алюминиевую фольгу толщиной 0,009 мм применяют для упаковки продуктов. Из алюминиевой ленты толщиной 0,2–0,3 мм изготавливают консервные банки.

Литейные сплавы алюминия используются для фасонного литья. Они обладают хорошей жидкотекучестью, высокой прочностью и малой усадкой.

Литейные сплавы в зависимости от основного легирующего элемента делятся на пять групп. Первая группа сплавов легируется магнием, вторая — кремнием, третья — медью, четвертая — кремнием и медью, пятая — несколькими легирующими элементами одновременно. Все литейные сплавы маркируются буквами АЛ (алю­миний литейный) и порядковым номером, например АЛ1, АЛ2. Сплавы алюминия с высоким содержанием магния обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, но худшими литейными свойствами по сравнению с другими группами сплавов. Сплавы с высоким содержанием кремния, называемые силуминами, содержат 10–13 % кремния, характеризуются лучшими литейными свойствами, но недостаточно прочны. Для повышения прочности си­луминов снижают содержание в них кремния и увеличивают добавки меди, марганца и магния. Легирование силуминов цинком повышает их жидкотекучесть и коррозионную стойкость. Силумины применяются для изготовления деталей бытовых машин, велосипедов, мотоциклов, автомобилей, ноже­вых товаров, инструментов, приборов для окон и дверей (петли), посуды (казаны, утятницы). Литейные сплавы алюминия 5 группы отличаются жаропрочностью.

После цифр в литейном сплаве может стоять буква «В» (например, АЛ17В). Это означает, что используется вторичный сплав, полученный из металлолома.

Если в обозначение алюминиевого сплава добавлена буква «П», значит сплав достаточно безопасный и может использоваться для изготовления изделий, контактирующих с пищей. Безопасными считаются сплавы, в которых содержание мышьяка не более 0,015 %, свинца не более 0,15 %, цинка не более 0,3 %.

Дата добавления: 2015-08-27