Алюминий, его свойства, применение и технология производства. Торговые сорта алюминия. Сплавы на основе алюминия. Маркировка

Алюминий, его свойства, применение и технология производства. Торговые сорта алюминия. Сплавы на основе алюминия. Маркировка.

По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов. По объему производства и масштабам применения он уступает только черным металлам.

Широкое использование алюминия обусловлено важнейшими свойствами:

— низкая плотность – 2,7 г/см 3 против 7,8 г/см 3 для железа и 8,94 г/см 3 для меди;

— температура плавления — 660 0 С

— высокая электро- и теплопроводность;

По электропроводности алюминий уступает только серебру, меди и золоту.

— высокая отражательная способность;

— кристаллическая решетка алюминия – гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений он не имеет.

— хорошая коррозионная стойкость в атмосфере и ряде агрессивных сред.

Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной оксидной пленки Al₂O₃. Эта пленка обладает высокими защитными свойствами, поэтому, будучи покрытым такой пленкой, алюминий является коррозионностойким.

Он не коррозирует в пресной воде, обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде, в концентрированной азотной кислоте и некоторых органических кислотах (уксусной, лимонной и др.).

механические

невысокая прочность, высокая пластичность

технологические

Благодаря высокой пластичности алюминий хорошо обрабатывается давление как в холодном, так и в горячем состоянии. Алюминий хорошо сваривается, но имеет низкие литейные свойства и плохо обрабатывается резанием.

Алюминий широкого применяется в электронике для изготовления проводников тока. Благодаря хорошей коррозионной стойкости алюминий применяется в химической и пищевой промышленности. Он используется также в качестве раскислителя при производстве стали. Широко применяют алюминий также для защиты поверхности металлов от коррозии, при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в ядерной технике. Из него изготавливают посуду, художественные и декоративные изделия и т.д.

Основная же масса алюминия расходуется на производство алюминиевых сплавов, которые благодаря малой плотности и достаточной прочности широко применяются в машиностроении, особенно в авиастроении и строительстве.

Производство алюминия

В природе алюминий находится в виде алюминиевых руд: бокситов, нефелинов, каолинов.

Важнейшей рудой, на которой базируется большая часть мировой алюминиевой промышленности, являются бокситы (гидрат глинозема Al₂O₃×nН₂О в смеси c оксидами железа, кремния, титана и других элементов).

Получение алюминия из руд состоит из двух последовательно проводимых этапов:

— электролитическое получение алюминия.

Блок-схема производства алюминия приведена на рисунке 1.

В одних разновидностях щелочных методов боксит, обезвоженный при 200 0 С, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия по реакции:

Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат натрия при этом переходит в раствор.

В других разновидностях щелочного метода глинозем, содержащийся в боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде.

Рис. 1 Блок-схема производства алюминия

Смешивание бокситов с содой и получение алюмината натрия

Обработка углекислым газом

Сушка, прокаливание Al(ОН)₃

В общих случаях образование водного раствора алюмината натрия приводит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном оксиды и гидрооксиды Fe, Si и Тi. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шламом, осуществляют в отстойниках.

В полученный раствор при 125 0 С и давлении 5 атм. добавляют известь, что приводит к обескремниванию – CаSiО₃ уходит в осадок, образуя белый шлам.

Полученный раствор после отделения его от белого шлама обрабатывают углекислым газом при 60-80 0С, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия:

Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема:

Описанный способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита – около 80%.

Получение металлического Аl из глинозема заключается в его электролитическом разложении на составные части – на алюминий и кислород. Электролитом в этом процессе является раствор глинозема в криолите (А1F₃·3NaF или Na₃АlF₆).

Криолит, обладая особенностью растворять глинозем, одновременно снижает его температуру плавления. Глинозем плавится при температуре около 2000 0С, а температура плавления раствора, состоящего, например, из 85% криолита и 15% глинозема равна 935 0С.

Схема электролиза глинозема достаточна проста, но технологически этот процесс сложный и требует больших затрат электроэнергии.

При электролизе 1т алюминия расходуется около 2т глинозема; 0,6т угольных электродов, служащих анодами; 0,1т криолита и от 17000 до 18000 кВт·ч электроэнергии.

Полученный при электролизе глинозема алюминий – сырец, содержит металлические примеси (Fe, Si, Тi, Na), растворенные газы, главным из которых является водород; кроме того, неметаллические включения, представляющие собой частицы глинозема, угля, криолита. В таком состоянии алюминий непригоден для применения, т.к. имеет низкие свойства, поэтому его обязательно рафинируют. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии.

Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше или электропечи в течение 30-45 мин при температуре 690-730 0 С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования получают торговые сорта алюминия.

Торговые сорта алюминия

Чистота алюминия является решающим показателем, влияющим на все его свойства, поэтому химический состав положен в основу классификации алюминия.

Неизбежными примесями, получающимися при производстве алюминия, являются Fe и Si. Обе они вредны.

Примеси понижают электро- и теплопроводность алюминия, коррозионную стойкость и пластичность, повышая его прочность и твердость.

В зависимости от содержания примесей алюминий первичный (ГОСТ 11069-2001) предназначен для изготовления чушек, слитков, катанки и т.д. бывает особой высокой и технической чистоты.

Марки первичного алюминия:

Алюминий особой чистоты — А999;

Алюминий высокой чистоты — А995, А99, А97, А95;

Алюминий технической чистоты – А85, А8, А7, А6, А5, А0.

Контролируемыми примесями в алюминии являются Fe, Si, Сu и Ti. Алюминий всех марок содержит более 99% А1.

Количественное же превышение этой величины в сотых или десятых долях процента указывают в названии марки после начальной буквы А. Так в марке А85 содержится 99,85% А1. Исключение из этого принципа маркировки составляет марка АЕ, в которой содержание А1 такое же, как в марках А0 и А5, но другое соотношение входящих в состав примесей железа и кремния. Буква Е в марках А5Е, А7Е означает, что алюминий данной марки предназначается для производства электропроводов.

В зависимости от назначения алюминий можно производить в различном виде.

Алюминий всех марок, предназначенный для переплавки, отливают в виде чушек массой 5,15 и 1000 кг.

Форма чушек и их размеры оговорены ГОСТ 11070-74.

Если же алюминий предназначается для проката листа и ленты, то непрерывным или полунепрерывным методом отливают плоские слитки 17 размеров. Требования к форме и размерам по ГОСТ 9498-79.

Основным видом контроля алюминия как в чушках, так и в плоских слитках, является проверка химического состава и его соответствия марочному. К слиткам и чушкам, предназначенным для обработки давлением, предъявляют дополнительные требования, как отсутствие раковин, газовых пузырей, шлаков и других посторонних включений.

Алюминиевые сплавы

Прочность алюминия незначительная, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При легировании различными элементами повышается прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства.

Но могут происходить и нежелательные явления: снижается электропроводность; ухудшается коррозионная стойкость; почти всегда повышается относительная плотность.

По способу изготовления изделий из алюминиевых сплавов, их делят на две группы:

Какие бывают сплавы алюминия?

Современный мир и промышленность невозможно представить без алюминия. Когда-то этот легкий металл серебристо-белого цвета использовался для изготовления ювелирных украшений и был по цене эквивалентен серебру из-за сложности его получения. Появление же новых методов добычи алюминия из электролитов, созданных около века назад независимо друг от друга французом Полем Эру и американцем Чарльзом Холлом, стало настоящей сенсацией.

Резкое снижение себестоимости алюминия позволило его применять в различных сферах промышленности, начиная от изготовления посуды и заканчивая космическими технологиями. При этом реально в промышленности используется не первичный чистый алюминий, а сплавы на его основе. Применение же сплавов позволяет получить специальные характеристики материала.

Разновидности алюминиевых сплавов

Все существующие сегодня алюминиевые сплавы алюминия можно разделить на следующие группы:

• алюминий для раскисления.

Вторая классификация алюминиевых сплавов основана на их химическом составе:

• силумин (содержание кремния 4-13%);

• дуралюмин (содержание меди 2,2-5,2%, присутствует также марганец, магний);

• магналий (доля магния 1-13%).

Химический состав алюминиевого сплава определяет его сферу применения. Например, дуралюмин широко используется в транспортном машиностроении и авиастроении, а из магналия изготавливают деформируемые металлические элементы, фасонные отливки.

Самые распространенные сплавы алюминия, применяющиеся сегодня в промышленности

Общее число сплавов алюминия насчитывает десятки наименований, среди которых наиболее широко используются следующие:

Сплав относится к категории деформируемых и используется для производства строительных конструкций и отдельных элементов. Радиаторов охлаждения, проволоки, профилей, штамповок, прутков и других изделий, к которым не предъявляются жесткие требования по прочности. Также сплав известен под маркировками 6063 и 1310.

Сплав также относится к категории деформируемых и используется для производства труб, силовых элементов в машиностроении и авиастроении. Особенность сплава в способности выдерживать температуры до 230 градусов Цельсия. Сплав известен также под маркировкой 1160.

• Сплавы ак7п, ак7ч, ак9ч.

Группа сплавов относится к категории литейных, поэтому применяется при изготовлении различных фасонных отливок, алюминиевых чушек и других изделий.

Также относится к категории литейных и используется при производстве элементов для трубопроводного и металлургического оборудования. также сплав Ак12 известен под маркировкой Ал2.

В заключение укажем, что стоимость различных сплавов из алюминия колеблется в весьма широких пределах, поэтому важно правильно подбирать конкретный из них, чтобы получить качественную деталь с минимальной себестоимостью. Помогут в этом при необходимости сотрудники компании Переплав.ру, которая специализируется на продаже алюминиевых сплавов в центральном регионе России.

Алюминий и его сплавы. Применение и характеристики

На протяжении последних десятилетий объемы механической обработки алюминия и его сплавов во всем мире неуклонно росли. Такую популярность этого металла во многом можно объяснить его уникальными свойствами.

Во-первых, сплавы алюминия при своей легкости обладают хорошим запасом прочности. По критерию удельной прочности (отношение параметра прочности к массе металла) алюминий превосходит даже некоторые марки сталей. Если говорить простым языком, то из килограмма алюминия можно изготовить деталь большей прочности, чем из килограмма стали.

Во-вторых, сплавы алюминия практически не подвержены коррозии. На поверхности алюминиевых деталей очень быстро образуется непроницаемая оксидная пленка, которая химически инертна и защищает металл от атмосферного воздействия.

Одним из главных достоинств алюминия, является его низкая сопротивляемость резанию. Алюминий обрабатывается фрезерными станками гораздо легче, и главное, гораздо быстрее, чем та же сталь.

Скорость резания алюминия, примерно в 5-6 раз выше, чем скорость резания конструкционной углеродистой стали.
Обработка алюминия обходится относительно дешево, по этому, даже сравнительно высокая стоимость самого материала, отходит на второй план.

Благодаря своим свойствам, алюминий во многих случаях стал незаменимым материалом и занял прочные позиции в авиационной, приборостроительной, машиностроительной, рекламной, пищевой отраслях промышленности. Из алюминия изготавливают детали фюзеляжа самолетов, корпуса приборов, приборные панели, радиаторы и прочие элементы аппаратуры, штампы, клише, рекламные вывески, формы для вакуумной формовки и многое другое. Каждую минуту в мире производится огромное множество деталей, и это производство тесно сопряжено с механической обработкой алюминия.

Несмотря на все достоинства, алюминий редко используется в чистом виде. В основном применяют различные сплавы на его основе. Это же и относится к механической обработке.

Маркировка по ГОСТ:

А — технический алюминий;
Д — дюралюминий;
АК — алюминиевый сплав, ковкий;
АВ — авиаль;
В — высокопрочный алюминиевый сплав;
АЛ — литейный алюминиевый сплав;
АМг — алюминиево-магниевый сплав
АМц — алюминиево-марганцевый сплав
САП — спеченные алюминиевые порошки;
САС — спеченные алюминиевые сплавы;
КАС — криптонито-алюминиевый сплав.

Вслед за буквами идет номер марки сплава.
За номером марки сплава ставится буква, обозначающая состояние сплава :

М — сплав после отжига (мягкий);
Т — после закалки и естественного старения;
А — плакированный (нанесен чистый слой алюминия);
Н — нагартованный;
П — полунагартованный.

Самым часто используемым материалом для механической обработки, является дюралюминий.

Дюралюминий (дюраль) – является одним из основных материалов, используемых в отраслях с высокими требованиями к весовой отдаче.
Дюраль – это сплав алюминия, меди и магния.
К данным сплавам относятся российские марки: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, И17, ВАД1.
Для увеличения прочности дюралюминия, его подвергают термообработке.
Производится закалка с последующим искусственным либо естественным старением.
Марки дюрали, которые были подвержены термообработке, имеют префикс Т, после номера марки сплава (например Д16Т).

Механические свойства дюралюминия, после термообработки достигают, а не редко и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей.
Основным недостатком сплава дюралюминия, является его низкая стойкость к коррозии.
Для улучшения данного параметра, используют в качестве легирующих добавок марганец, кремний, железо либо магний.

Алюминий и сплавы

США
Россия
Украина
Беларусь
Молдова

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

Алюминий используется для изготовления различных деталей и сплавов на его основе. В процессе изучения и применения этого металла, была разработана технология его обработки. Для придания материалу требуемых свойств, используется легирование. Этот процесс подразумевает, что в расплавленном состоянии, алюминий смешивается с расплавами дополнительных элементов.

Компания Ситилом предлагает лучшие цены на прием латуни в Москве и Московской области: https://citylom.ru/priem- alyuminiya

Такой процесс позволяет повышать качество металлургической продукции. В зависимости от выбранных пропорций и дополняющих элементов, изменяются химические, механические и физические свойства металла. На сегодняшний день чистый алюминий практические не используется в промышленности, по причине низкого показателя прочности. Сплавы же получили широкое применение и постоянно совершенствуются пропорции и технологии их обработки. Сварка алюминия выполняется точечной или аргонодуговой установкой, также используется электродуговая сварка.

Основные свойства алюминия

Главными факторами, определяющими обширность использования любого материла, являются его свойства и показатели. На сегодняшний день Сплавы на основе алюминия применяются практически во всех сферах деятельности. Простой причиной для такого распространения служат основные свойства алюминия, которые приведены в списке.

• плотность — 2,7 г/см³
• температура плавления технического алюминия — 658 °C;
• температура плавления чистого алюминия — 660 °C;
• удельная теплота плавления— 390 кДж/кг;
• температура кипения — 2500 °C;
• удельная теплота испарения— 10,53 МДж/кг;
• удельная теплоемкость— 880 Дж/кг·K;
• временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², временное сопротивление деформируемого — 18—25 кг/мм²,временное сопротивление сплавов — 38—42 кг/мм²;
• Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²;
• пластичность у технического — 35 %;
• пластичность у чистого — 50 %;
• Модуль Юнга— 70 ГПа;
• Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10 6 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражающей способностью;
• Слабый парамагнетик;
• Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10 −6 К −1 (20…200 °C);
• Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м;
• Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10 −3 K −1 . Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Важным свойством, которым отличаются сплавы на основе алюминия — это высокая пластичность. Легко может раскатываться в фольгу, что особенно важно для использования в электронике и электротехнике. Материал легко может обрабатываться при небольших механических усилиях. Невысокая температура плавления позволяет переплавлять и изготавливать детали из сплавов алюминия с минимальными энергетическими затратами, что удешевляет производство и саму продукцию.

США
Россия