Экспорт алюминия и изделий из него, итоги 2019; SeaNews

Свойства и назначение алюминия

Алюминий — этот важнейший представитель легких метал­лов, нашел себе исключительно широкое применение в самых разнообразных отраслях современной техники благодаря тому что обладает такими свойствами, как малый удельный вес, вы­сокая электропроводность, достаточная механическая проч­ность и большая коррозионная стойкость по отношению к ря­ду химических веществ.

Необходимо отметить, что алю­миний более теплопроводен, чем железо, а в отношении элек­тропроводности уступает только серебру и меди. Вместе с тем алюминий легко подвергается обработке давлением, т. е. про­катке, резанию, волочению, ковке.

Из химических свойств алюминия характерно его большое сродство к кислороду. Благодаря этому на воздухе и в воде поверхность алюминия покрывается тончайшей (толщиной, примерно, 0,00002 см), но плотной прозрачной окисной пленкой (А120з + А120зН20). Эта пленка, мгновенно образующаяся вновь при ее разрушении (например царапины), идеально смачивает по­верхность металла и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако сила сцепления с металлом в местах нахож­дения примесей (в виде отдельных кристаллов и атомарных включений) сильно понижается, и эти места уязвимы для протыкания электролитов. Поэтому, чем выше чистота алюминия, тем больше его коррозионная стойкость/ Однако в присутствии даже следов ртути на поверхности алюминия оксидная пленка вообще не имеет сцепления с металлом, и в этом случае алю­миний быстро окисляется кислрродом и влагой воздуха, цели­ком превращаясь в окись. Алюминий достаточно легко разру­шается растворами едких щелочей, соляной и серной кислот. По отношению же к концентрированной азотной кислоте, так же как и неорганическим кислотам, алюминий обнаруживает высокую стойкость.

Исключительно ценным является использование, алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шинопроводов, кон­денсаторов, выпрямителей. Малый вес алюминиевых проводов позволяет осуществлять их подвеску при значительном рассто­янии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под вли­янием собственного веса,

Высокая коррозионная стойкость алюминия делает его в ря­де случаев незаменимым материалом в химическом машино­строении (например, при изготовлении .аппаратуры для произ­водства транспорта и хранения азотной кислоты, а также пи­щевых продуктов).

Большое значение имеет применение алюминия с целью пре­дохранения (плакирование, алюминиевая краска) металлических поверхностей, подверженных разрушающему действию различ­ных химических веществ и атмосферной коррозии.

Химической активностью алюминия пользуются для получе­ния трудновосстановимыхо металлов (например хрома, марганца, вольфрама и др.), вытесняя последние (алюминием из их кисло­родных соединений. Такого рода! процессы носят название алюминотермических и составляют особую область ме­таллургии. Алюминотермический процесс применяется также при сваривании железных и стальных деталей, как например, рельсов (термитная сварка). Важное значение имеет применение алюминия в черной металлургии для раскисления стали.

Разнообразное применение алюминий находит себе в пищевой промышленности (упаковка из фольги, консервные банки, укупорка бутылок и т. д.). Наконец, алюминий и его сплавы широко используются в быту (посуда, мебель т пр.) и для вся­кого рода художественных и декоративных целей.

В заключение следует особо отметить значение алюминия как стратегического металла.

Такие отрасли военной техники, как самолетостроение, авиа­строение, судостроение, танкостроение, артиллерия, производ­ство средств связи, а также взрывчатых веществ — требуют применения алюминия и его сплавов.

Во всех случаях, связанных с передвижением, применение легких алюминиевых сплавов как конструкционного материала позволяет достигнуть значительного снижения собственного ве­са самолетов, кораблей следовательно, повысить их скорость и маневренность – качества, имеющие решающее военнотактическое значение. В первую очередь это очевидно, относится к авиации. Применение же легких алюминиевых сплавов в военно-морском судостроении вместе с тем дает возможность, не увеличивая тоннажа судна, повысить насы­щенность его боевыми средствами.

В зажигательных (термитных) авиабомбах, снарядах и для осветительных целей (осветительные и сигнальные ракеты) ис­пользуется способность порошкообразного алюминия и его сплавов к быстрому воспламенению, что сопровождается ярким светом и выделением большого количества тепла.

Существенное значение применение алюминия и его сплавов имеет в саперном деле (для изготовления деталей понтонов, переносных мостков), а также в походном снаряжении армии (котелки, фляги, термосы).

Интересно отметить, что первые попытки технического при­менения алюминия в самом начале зарождения алюминиевой промышленности (в середине прошлого столетия) были уже свя­заны со стремлением использовать этот металл для военных це­лей. Однако желание Наполеона III применить для изготовле­ния снаряжения и вооружения французской армии алюминий, стоимость которого тогда почти достигала стоимости драгоцен­ного металла, было в то время, конечно, неосуществимо.

Только с созданием в конце прошлого столетия современного экономичного способа производства алюминия и изобретения его сплавов, обладающих высокими механическими ка­чествами, применение алюминия для военных нужд стало не только возможным, но и необходимым.

Алюминиевые сплавы в автомобилестроении

Благодаря своей легкости и прочности алюминиевые сплавы получили широкое распространение в автомобильной промышленности, вытеснив в ряде случаев чугун и сталь.

В зависимости от назначения алюминиевые сплавы делятся на:

  • литейные
  • деформируемые
Читайте также:  Восстановление ключей авто при утере в Омске

Литейные сплавы (маркируются буквами «АЛ») по химическому составу разделяются на пять групп на основе систем:

  • алюминий—кремний, так называемые силумины (6,0—13% Si); марки: АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9 и АЛ9В;
  • алюминий—магний (4,6—11,5% Mg); марки: АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, А Л 27, АЛ27-1, АЛ28 и АЛ29;
  • алюминий—медь (4,0—14,0% Си); марки: АЛ7, АЛ7В и АЛ19;
  • алюминий—кремний—медь (4,0—6,0% Si и 1,0—8,0% Cu); марки: АЛ3, АЛ3В, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ14В и АЛ15В;
  • алюминий — прочие компоненты (в том числе никель, цинк, железо); марки: АЛ1, АЛ11, АЛ 16В, АЛ 17В, АЛ 18В, АЛ 20, АЛ21, А Л 24, АЛ25, АЛ26 и АЛЗО.

Деформируемые сплавы выпускаются в виде листов, плит, прутков и профилей. Эти сплавы поддаются ковке, штамповке, прокатке, прессованию и другим видам деформации. Наиболее широко применяются деформируемые сплавы типа дуралюмин (маркируются буквой «Д») на основе системы алюминий—магний—медь—марганец и сплавы, по составу близкие к дуралюмину (маркируются буквами «АК»).

В автомобилестроении из алюминиевых сплавов (в основном силуминов) изготовляют картеры, блоки цилиндров, головки блоков цилиндров, шкивы и другие детали. В связи с этим в ремонтной практике все чаще приходится восстанавливать детали из этих сплавов.

Восстанавливают поврежденные к изношенные детали сваркой и наплавкой.

Сварка и наплавка алюминиевых сплавов являются сложными процессами, так как на поверхности алюминиевых сплавов всегда присутствует тугоплавкая пленка окислов, кроме того, алюминиевые сплавы обладают высокими теплопроводностью и коэффициентом линейного расширения, а также скрытой теплотой плавления.

Основными затруднениями при сварке являются плохая сплавляемость металла, большая усадка остывающего алюминия, которая может привести к образованию трещин по шву или вблизи шва, а также образованно пор в металле шва.

Для восстановления деталей из алюминиевых сплавов применяют электродуговую сварку, сварку в среде аргона и газовую сварку.

Алюминий и его сплавы

Алюминий (Al) — это легкий цветной металл (его плотность составляет 2,71 г/см 3 ) с невысокой температурой плавления (660 °С). По распространенности в земной коре Аl занимает первое место — 8,8 % (для сравнения Fe — 4,65 %, Mg — 2,4 %, Ti — 6,3·10 -3 %, Ni — 8·10 -3 %, Сu — 4,7·10 -3 %). Его предел прочности при растяжении σв = 80…100 МПа; твердость — 25 НВ. Алюминий отличается пластичностью, легко поддается обработке давлением. После холодной прокатки алюминия его предел прочности (σв) увеличивается до 180…250 МПа, а твердость — до 45…60 НВ. Впервые алюминий в свободном виде получил в 1825 г. датский ученый Х.К. Эрстед. Однако высокая химическая активность алюминия и, следовательно, высокая стойкость образуемых химических соединений долго не позволяли наладить его производство. Кроме того, производство алюминия требует больших энергетических затрат. Наличие мощных электростанций и создание надежных технологий получения этого металла из руды, выдвинули алюминий и его сплавы на одно из ведущих мест среди цветных металлов по значимости и объему применения в современном машиностроении.

В полупроводниковой и ядерной технике и химической промышленности используется алюминий высокой чистоты (марок А995, А99, А97, А95), содержащий от 0,005 до 0,05 % примесей. Алюминий промышленной чистоты (марок А85, А8, А7, А6, А5, А0, А, АЕ), содержащий от 0,15 до 1 % примесей, используется в электротехнической промышленности, а также для производства сплавов. Чистый алюминий в машиностроении используется незначительно (в основном, применяются сплавы алюминия).

Для получения сплавов используется алюминий, выпускаемый в виде чушек.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по степени упрочнения после термической обработки, по эксплуатационным свойствам, по технологии изготовления деталей. По последнему признаку различают алюминиевые сплавы литейные и деформируемые. Основными примесями в алюминии и его сплавах являются Fe и Si. Железо, образуя интерметаллиды, снижает пластичность алюминия и его сплавов. В отношении термической обработки сплавы алюминия бывают не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Алюминиевые сплавы образуют твердые растворы, эвтектики, интерметаллидные фазы. Для них применяют закалку и старение, а также отжиг. При закалке температура нагрева сплава находится в интервале 485…525 °С. При этом для каждого сплава используется более узкий интервал в пределах этих температур, поскольку повышение температуры выше закалочной ведет к пережогу (оплавлению по границам зерен). Выдержка при нагреве должна быть минимальной, обеспечивающей полное растворение избыточных фаз в твердом растворе. После охлаждения детали подвергают старению. Старение производится при комнатной температуре (естественное старение) и продолжается несколько суток или при температуре 150…200 °С — 10…24 часа (искусственное старение). Закалка и старение увеличивают твердость и σв обрабатываемых сплавов. Для некоторых сплавов при оптимальных условиях старения эти показатели могут увеличиться в два раза.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг сплава производится перед его обработкой давлением для устранения в слитках дендритной ликвации, которая приводит к неоднородности структуры, и измельчению зерна. Такой отжиг производится при температуре 450…520 °С с последующим охлаждением сплава вместе с печью или на воздухе.

Читайте также:  Как ездить на автомате видео уроки и пояснения

Рекристаллизационный отжиг производят при нагреве сплава до температуры 350…500 °С (в зависимости от состава сплава).

Для разупрочнения закаленных сплавов производят их отжиг при температуре 350…460 °С с выдержкой при этой температуре 1,5…2 часа. При этом происходит полный распад пересыщенных твердых растворов и коагуляция упрочняющих фаз.

Сплавы для изготовления фасонных отливок (кроме свойств, определяемых условиями эксплуатации) должны обладать хорошими литейными свойствами.

Алюминиевые литейные сплавы (ГОСТ 1583—93) маркируются буквами и цифрами. Буква «А» в марке сплава означает, что сплав алюминиевый литейный, а остальные буквы обозначают элементы, входящие в его состав:

  • К — кремний;
  • М — медь;
  • Н — никель;
  • Ц — цинк;
  • Су — сурьма;
  • Мг — магний;
  • Кд — кадмий;
  • Мц — марганец.

Цифры после букв обозначают среднюю массовую долю соответствующего элемента (в %). Буквы в конце марки сплава обозначают следующее:

  • «ч» — чистый;
  • «пч» — повышенной чистоты;
  • «оч» — особой чистоты;
  • «л» — литейные сплавы;
  • «с» — селективный.

Рафинированные сплавы в чушках обозначают буквой «р», которую ставят после обозначения марки сплава.

В составе литейных сплавов (при литье в песчаные формы) допускается содержание 0,5…1 % Fe, а при литье в кокиль — 0,8…1,4 % Fe. Кремний не оказывает вредного влияния на литейные сплавы и используется в качестве основного или вспомогательного легирующего элемента.

Для производства основной массы изготавливаемых деталей применяются пять групп литейных алюминиевых сплавов. Это Al–Si (силумины), Al–Cu–Si (алькусины), Al–Cu, Al–Mg и сложнолегированные сплавы.

Выделено семь элементов, которые могут служить основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах,— серебро (Ag), германий (Ge), литий (Li), цинк (Zn), магний (Mg), медь (Сu), кремний (Si). Все они образуют с алюминием системы эвтектического типа, но из-за высокой стоимости Ag, Ge и Li сплавы, легированные этими элементами, применяются очень ограниченно. Цинк применяется для растворного упрочнения литейных сплавов, но он не образует интерметаллидов и не обеспечивает значительного упрочнения. В этой связи основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются Mg, Сu и Si. Образование интерметаллидов в сплавах Al–Cu, Al–Mg и Al–Mg–Si, а также отличная жидкотекучесть и малая усадка (линейная усадка для большинства сплавов составляет 0,9…1,3 %) Al–Si сплавов, переменная растворимость элементов в твердом состоянии в сплавах Al–Cu и Al–Mg позволяют получать качественные отливки и использовать различные методы упрочнения сплавов, включая дисперсное твердение путем закалки и старения. Вспомогательные легирующие элементы (Mn, Cr, V, Ti, Zr, Mo, Ni и др.) дополнительно упрочняют отливки по растворному типу, улучшают пластичность сплавов и повышают их жаропрочность, а другие вспомогательные легирующие элементы (Na, К, Be, Ca, Cd и др.) используются в виде небольших добавок (до 0,2 %) для улучшения технологических свойств в качестве модификаторов.

Основными особенностями алюминиевых сплавов, которые необходимо учитывать при плавке, являются склонность этих сплавов к газопоглощению (особенно водорода) и легкая окисляемость. В последующем водород, выделяясь при кристаллизации и охлаждении, способствует образованию газовой пористости в отливках, а включения А12O3 существенно снижают механические свойства сплава. Для защиты от этих нежелательных явлений производят плавку алюминиевых сплавов под слоем флюса, перед заливкой проводят дегазацию расплава, его рафинирование хлором и азотом, а для получения мелкозернистой структуры и улучшения механических свойств сплава применяют модифицирование фтористыми и хлористыми соединениями.

Твердость литейных алюминиевых сплавов (в зависимости от их состава и методов термической обработки) составляет от 500 до 1000 НВ, а σв — от 130 до 360 МПа.

Максимальная рабочая температура применяемых в промышленности алюминиевых сплавов составляет 300…350 °С.

Для изготовления отливок в промышленности используют пять групп алюминиевых сплавов (ГОСТ 1583–93):

  1. Сплавы на основе системы «алюминий—кремний» (силумины): марки АК12; АК13; АК9; АК9с; АК9ч; АК9пч; АК8л; АК7; АК7ч; АК7пч; АК10Су;
  2. Сплавы на основе системы «алюминий—медь—кремний» (алькусины) : марки АК5М; АК5Мч; АК5М2; АК5М7; АК6М2; АК8М; АК5М4; АК8М3; АК8М3ч; АК9М2; АК12М2; АК12ММгН; АК12М2МгН; АК21М2,5Н2,5;
  3. Сплавы на основе системы «алюминий—медь»: марки АМ5; АМ4,5Кд;
  4. Сплавы на основе системы «алюминий—магний»: марки АМг4К1,5М; АМг5К; АМг3Мц; АМг6л; АМг6лч; АМг10; АМг10ч; АМг11; АМг7;
  5. Сплавы алюминия с прочими компонентами (сложнолегированные): марки АК7Ц9; АК9Ц6; АЦ4Мг.

Сплавы системы алюминийкремний (силумины) получили наибольшее распространение. Они обладают лучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами и широко применяются для отливок деталей, отличающихся сложностью очертаний или несущих большие нагрузки. Силумины обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Изготавливаемые из них детали защищают анодированием и лакокрасочными покрытиями. Силумины широко используют в промышленности (авиационной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической).

Читайте также:  Регулировка клапанов ман 18

Добавление меди к сплавам Al—Si повышает их твердость и предел прочности при растяжении, а также значительно улучшает обрабатываемость резанием. Тройные сплавы Al—Cu—Si (алькусины) применяются при изготовлении особо ответственных деталей (например, головок цилиндров двигателей, поршней, деталей, работающих при повышенной температуре, и др.). Эти сплавы используют в промышленности для изготовления деталей необходимой прочности, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации и имеющих высокую чистоту обработанной поверхности.

Сплавы системы Al–Cu имеют пониженные литейные свойства, малую коррозионную стойкость и недостаточную пластичность, но хорошо обрабатываются резанием. Эти сплавы применяют для отливки небольших ответственных деталей машин и приборов, несущих высокую нагрузку (статическую и ударную).

Сплавы системы Al–Mg обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Их применяют для изготовления сильно нагруженных деталей. Однако эти сплавы плохо работают при повышенных температурах. Из этих сплавов изготавливают арматуру и корпуса машин, устанавливаемых на морских судах.

Сложнолегированные сплавы алюминия применяют для изготовления отливок, работающих при повышенных температурах и давлениях, с повышенной стабильностью размеров, а также для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатывающихся резанием.

Области применения некоторых марок литейных алюминиевых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Области применения литейных алюминиевых сплавов

Для повышения механических свойств отливок из алюминиевых сплавов их часто подвергают термической обработке, после которой в некоторых случаях прочность отливок увеличивается почти в два раза.

К группе деформируемых относятся сплавы на основе алюминия (табл. 2), перерабатываемые в изделия методами деформирования (прессованием, волочением, ковкой, штамповкой, прокаткой). Среди этих сплавов различают сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

Таблица 2. Состав деформируемых алюминиевых сплавов

** Механические свойства после закалки и естественного старения.

В группе деформируемых сплавов алюминия, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы нормальной прочности, высокопрочные сплавы, жаропрочные сплавы и сплавы для ковки и штамповки.

Типичным представителем сплавов нормальной прочности являются дуралюмины, относящиеся к системе А1–Сu–Mg, которые маркируются буквой «Д». Марганец повышает коррозионную стойкость, температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства дуралюминов (табл. 3).

Таблица 3. Механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов

** Механические свойства после закалки и естественного старения.

Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в холодной воде. Закаленные дуралюмины подвергают старению, способствующему увеличению их коррозионной стойкости. В процессе естественного (несколько суток) или искусственного старения (10…24 ч) повышается прочность сплава вследствие распада пересыщенного твердого раствора.

Дуралюмины широко применяются в авиации. Так, из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д10 — несущие элементы фюзеляжей самолетов, а сплав Д1В является одним из основных заклепочных материалов. Из дуралюминов обработкой давлением производят полуфабрикаты (прутки, полосы, листы и т. д.)

К высокопрочным сплавам алюминия относят сплавы (В95, В96), системы Al–Zn–Mg–Сu. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств (σв = 600…700 МПа) сплавы закаливают при температуре 460…480 °С с последующим искусственным старением при температуре 120…140 °С. Высокопрочные сплавы превосходят дуралюмины но прочностным показателям, но менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений, а также воздействию коррозионных сред под напряжением. Для повышения коррозионной стойкости изделий их плакируют сплавом Al+1% Zn. Высокопрочные сплавы применяют в авиастроении для изготовления наружных конструкций с температурой длительной эксплуатации до 120 °С.

Для изделий, эксплуатируемых при температурах до 300 °С, используют жаропрочные сплавы АК-4, АК-4-1. Они имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами, образующими упрочняющие фазы СuAl2, CuMgAl2, Al12Mg2Cu и др. Жаропрочность сплавам придает легирование медью, марганцем и титаном, замедляющими диффузионные процессы. Детали из жаропрочных сплавов используют после закалки и искусственного старения.

Сплавы для ковки и штамповки обладают высокой пластичностью и удовлетворительно перерабатываются литьем. При горячем деформировании в этих сплавах не образуются трещины. Типичными представителями таких материалов являются сплавы системы А1—Cu—Mg с добавками кремния (АК 0, АК 8). Ковку и штамповку этих сплавов производят при температуре 450…475 °С. Затем применяют закалку и старение. Из этих сплавов изготавливают поковки и прокат.

К неупрочняемым термической обработкой деформируемым сплавам относят сплавы систем А1–Мn, А1–Mg. Они отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются. Сплавы этой группы используют в отожженном, нагартованном и полунагартованном видах.

Для устранения дендритной ликвации деформируемых сплавов проводят гемогенизирующий отжиг слитков при температуре 450…520 °С в течение 4…40 ч с последующим охлаждением на воздухе или в печи. Деформированные заготовки подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 350…500 °С в течение 0,5…2 ч. Эта операция способствует снятию наклепа и получению мелкозернистой структуры металла. Из неупрочняемых сплавов изготовляют емкости для жидкостей, трубы, корабельные конструкции, детали вагонов.

Ссылка на основную публикацию
Шум от насоса в подвале — эффективное решение проблемы
Звукоизолирующий короб и виброизоляция насоса Закончили работы по снижению шума от насоса. Выкладываем видео проделанных работ: Началась история с письма...
Штраф за летнюю резину зимой — есть ли запрет и какое наказание в 2020
Езда на летних шинах зимой Что учитывать Нюансы Не все водители вовремя «переобувает» свой автомобиль. Обычно все в ожидании укрепления...
Штраф за наклейки на номера против камер 2016 — можно ли заклеивать номер
Штраф за закрытые номера автомобиля - отберут ли права Штраф за закрытые номера зависит от многих обстоятельств возникшей ситуации. На...
Шумоизоляционные материалы для авто, рейтинг лучших
Эмком - авто шумоизоляция, звукоизоляция авто, материалы для шумоизоляции Под шумоизоляцией автомобиля принято понимать комплекс мер, направленных на устранение лишних...
Adblock detector