Химический состав и состояние
Чистый алюминий является довольно слабым конструкционным материалом с пределом прочности около 90 МПа. Однако при добавлении к алюминию небольших количеств таких легирующих элементов как марганец, кремний, медь, магний или цинк, а также соответствующей термической обработки и/или после холодной пластической деформации, предел прочности алюминия – или уже алюминиевого сплава – может достигать 700 МПа.
Многие алюминиевые сплавы имеют широкие интервалы механических и физических свойств в зависимости от вида их состояния. Эти состояния они получают в результате технологической обработки алюминиевого изделия, как термической, так и деформационной. Эти широкие интервалы свойств алюминиевых сплавов дают возможность широкого выбора именно такого алюминиевого сплава, который бы максимально обеспечивал заданные свойства при минимуме затрат.
Купить, цена от «Ауремо»
реализует изделия из алюминия и его сплавов, цена оптимальная. Поставляем трубы из сплавов алюминия метрической и дюймовой мерности. В каталоге предоставлен широкий выбор продукции. Цена зависит от объема заказа и дополнительных условий поставки. Оптовым заказчикам — цена льготная. На связи опытные менеджеры — оперативно помогут купить необходимую продукцию. А большой ассортимент не оставит Вас без выбора. У нас наилучшее соотношение цена-качество. Купить алюминий сегодня. Приглашаем к партнёрскому сотрудничеству. Купить сегодня. Лучшая цена от поставщика.
Чистый алюминий
Промышленный нелегированный алюминий – технически чистый алюминий – содержит алюминия от 99,80 до 99,00 %. Нелегированный алюминий имеет относительно низкую прочность и поэтому находит ограниченное применение в качестве конструкционного материала. Исключение составляют те случаи, когда важными являются хорошая электрическая проводимость, легкость обработки и высокая коррозионная стойкость. Чистый алюминий не обладает способностью термически упрочняться. Однако прочностные свойства чистого алюминия могут повышаться путем нагартовки, то есть холодной пластической деформации.
Чистый алюминий обладает плохими литейными свойствами, поэтому его применяют в основном в виде изделий, которые получают методами обработки металлов давлением.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Деформируемые алюминиевые сплавы
Большинство алюминиевых сплавов, которые применяют для изготовления изделий методами обработки металлов давлением, содержат не более 7 % легирующих элементов. Путем регулирования количества и типа легирующих элементов улучшают свойства алюминия и повышают его технологические характеристики. Например, для таких специфических производственных процессов как прессование (экструзия) и ковка разработаны специальные алюминиевые сплавы.
Деформируемые алюминиевые сплавы (также как и литейные сплавы) подразделяются на термически упрочняемые и термически неупрочняемые сплавы. Повышение механических свойств термически неупрочняемых алюминиевых сплавов производят путем нагартовки, то есть холодной пластической деформации с последующим частичным отжигом или без него. Повышение механических свойств термически упрочняемых сплавов достигают путем их закалки с подходящей температуры и последующего старения. Для некоторых термически упрочняемых сплавов применяют комбинацию термической обработки и нагартовки.
Основными видами изделий-полуфабрикатов, которые получают из деформируемых алюминиевых сплавов, являются:
- листы (плиты),
- фольга,
- прессованные профили, трубы, прутки, стержни,
- холоднотянутые трубы;
- проволока и
- поковки.
Литейные алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы, которые предназначены для литья отливок содержат один или более легирующих элементов в количестве не более 12 % каждого. Некоторые литейные сплавы «сконструированы» так, чтобы их можно было применять в литом состоянии без какой-либо термической обработки. Другие сплавы имеют такой химический состав, чтобы их можно было подвергать термической обработке для повышения их механических свойств и размерной стабильности. Высокую прочность вместе с хорошей пластичностью можно получать путем выбора подходящего химического состава и термической обработки.
Область применения
Этот металл активно эксплуатируется в металлургической отрасли, электрической сфере, а также в механической. Разберем по порядку.
Как уже упоминалось ранее, из алюминия можно изготовить легковесную металлическую конструкцию, с высоким коэффициентом прочности. Это очень выгодно в плане того, что затраты на фундаментирование здания, а также закупку прочных опор отпадают. Еще одним продуктом являются очень тонкие горячекатаные листы, которые активно эксплуатируются в химической отрасли. Благодаря инертности к щелочам и иным химическим веществам, алюминий является приоритетным металлом, при обшивке помещения.
Вторая сфера применения – электрическая. Давно известно, что алюминий может полностью заменить медь, так как является превосходным проводником электричества. Взять, к примеру, электронику в авто. Если заменить все медные провода алюминиевыми, общий вес автомобиля снизится на 12 килограмм. Это существенно облегчает задачу в машиностроении. К слову, этот металл зачастую применяется в машиностроении, при изготовлении небольших деталей для легковых и грузовых авто. Благодаря незначительному весу и высокой прочности, можно значительно уменьшить общий вес авто, сохранив все эксплуатационные характеристики.
Механическая. У каждого человека имеется свой персональный гаджет, электронное устройство или иной прибор. Но мало кто знает, что в каждом телефоне содержится небольшое количество алюминия, позволяющего поддерживать устройству работоспособность, а также выдержку батареи. Микросхемы, контакты батареи – это все изготовлено из данного металла.
Помимо этого, применяется в различных механизмах наподобие подъемного крана или тяжелого грузового авто.
Стоит отметить, что мастера кузнечного дела рекомендуют этот металл для декорирования и обшивки зданий. Благодаря высокой ковкости, из алюминия можно изготовить любое изделие, с минимальными затратами.
Классификация алюминиевых сплавов
В мировой алюминиевой промышленности применяется система классификации алюминиевых сплавов, которая основана на системе Американской Алюминиевой Ассоциации (АА). Эту же классификацию применяют международные стандарты ISO и европейские стандарты EN, но в дополнение к цифровым обозначениям сплавов применяют также буквенно-цифровые обозначения.
Все алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные, которые, в свою очередь, подразделяются на различные серии (группы) по главным легирующим элементам. Каждая из этих групп принадлежит или к термически упрочняемым сплавам, или к термически неупрочняемым сплавам.
На основании классификации Американской Алюминиевой Ассоциации американский стандарт ANSI H35.1 дает системы обозначений алюминия и алюминиевых сплавов, которые включают:
- способ их применения (деформируемые, литейные и для слитков для переплава), а также
- состояние сплава (за исключением слитков для переплава, которые не имеют состояния).
Обозначения деформируемых сплавов
Для обозначения деформируемого алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов применяется международная цифровая система из четырех цифр:
Таблица 1
Первая цифра
Первая цифра “1” указывает серию марок технического алюминия.
Признаком, по которому алюминиевый сплав относится к одной из серий от 2ххх до 8ххх, является легирующий элемент с максимальным средним (номинальным) содержанием. Исключение составляют сплавы серии 6ххх, в которых главным преобладающим признаком является соотношение содержания магния и кремния, которые доступны для образования силицида магния Mg2Si.
Если одинаковое максимальное среднее содержание в сплаве имеют несколько легирующих элементов, то выбор серии производится в порядке следования серий: медь, марганец, кремний, магний, силицид магния, цинк.
Вторая цифра
В марках алюминия серии 1ххх обозначения, которые имеют вторую цифру от 1 до 9 указывают на специальный контроль одной или более индивидуальных примесей.
В сплавах серий от 2ххх до 8ххх вторая цифра в обозначении сплава указывает на модификацию сплава. Если вторая цифра является нулем, то это указывает на первоначальный, базовый сплав. Цифры от 1 до 9 указывают, соответственно, модификацию базового сплава.
Третья и четвертая цифры
Серия 1ххх включает нелегированный алюминий с естественным уровнем примесей. Последние две цифры (10хх) применяются для обозначения минимально допустимого содержания алюминия в различных вариантах нелегированного алюминия. Обычно их называют марками алюминия.
Эти две последние цифры совпадают с последними цифрами минимального содержания алюминия, который указывается до ближайшего 0,01 %. Например, при содержании алюминия не менее 99,80 % марка алюминия имеет обозначение 1080.
Последние две цифры в обозначениях сплавов серий от 2ххх до 8ххх не имеют никакого физического или химического смысла, а просто идентифицируют различные сплавы внутри группы.
Дополнительные буквы
Иногда в конце четырех цифр обозначения добавляется буква А, которая указывает на модификацию сплава. Например, сплав 6063А является модификацией сплава 6063.
Состояние сплава
Полное обозначение деформируемого алюминиевого сплава для готовой продукции кроме обозначения сплава должно включать его состояние, например, 6063-Т6.
Обозначения литейных сплавов
Международная система из обозначений литейных марок алюминия и алюминиевых сплавов также основана на четырех цифрах, однако последняя цифра отделяется от остальных десятичной точкой. Эта система идентифицирует марки алюминия и алюминиевые сплавы, а также различает их варианты для готовых отливок и для слитков для переплава.
Первая цифра
Первая цифра в обозначении литейных алюминиевых сплавов указывает на серию сплавов:
Таблица 2
Для литейных сплавов от 2хх.х до 8хх.х соответствующая серия определяется по легирующему элементу, который присутствует в сплаве в максимальной средней концентрации. Если в сплаве одинаковое максимальное среднее содержание имеют несколько легирующих элементов, то для такого сплава главный легирующий элемент определяется в порядке следования серий: от меди (2хх.х) к олову (8хх.х).
Вторая и третья цифры
Для литейного алюминия серии 1хх.х вторая и третья цифры, как и для деформируемого алюминия, указывают на чистоту металла. Для сплавов серий от 2хх.х до 9хх.х вторая и третья цифры идентифицируют конкретный литейный алюминиевый сплав.
Цифра после точки
Химический состав одного и того же литейного сплава, который идентифицируется первыми тремя цифрами, имеет варианты в зависимости от его назначения, на которые указывает четвертая цифра – цифра сразу после десятичной точки:
- 0 обозначает отливку (готовое изделие);
- 1 обозначает стандартный слиток;
- 2 обозначает слиток с более узким химическим составов внутри химического состава стандартного слитка.
Дополнительные буквы
Дополнительные варианты химического состава, например, различия по содержанию примесей, обозначаются заглавными буквами перед цифровым обозначением сплава. Например, один из самых популярных сплавов для гравитационного литья, сплав 356, имеет варианты А356, В356 и С356. Каждый из этих сплавов имеет идентичное содержание основных легирующих элементов, но различный уровень содержания примесей, особенно железа.
Проверка на плотность
Как раз тот случай, когда школьные познания в физике, математике и химии пригодятся в реальной жизни. Алюминий, действительно, можно определить с помощью плотности. Как это сделать:
- Берем мерный цилиндр и заполняем его водой.
- Помещаем в него кусок проверяемого материала.
- Вычисляем объем – предмет вытеснит часть воды из мерного цилиндра, что покажет уровень на шкале, когда материал будет извлечен.
- Взвешивает проверяемый кусок.
- Теперь применяем формулу: делим массу на объем.
Если результат близок к 2.7 грамм на миллилитр, то перед нами однозначно алюминий.
