Описание и свойства Аллюминия

Алюминий – элемент III группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 13. Обладает бело-серебристым цветом. Алюминий - мягкий, легкий металл, легко поддающийся обработке и формовке, и легко образуя сплавы. Оксидная тугоплавкая пленка на поверхности алюминия (образуется даже при обычной температуре) делает его довольно устойчивым к коррозии. За счет этих характеристик этот металл особенно популярен в автомобилестроении. Одно из крупнейших мировых месторождений находится на Урале.
Алюминий называют крылатым металлом, так как благодаря своим физико-химическим свойствам его широко применяют в авиации. Так, самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов, а авиационный мотор — на 1/4 из сплавов алюминия. Алюминий применяют также в электропромышленности, машиностроении, пищевой промышленности, пиротехнике. В производстве металлов он занимает второе место (после железа).
Алюминий получают электролизом оксида алюминия Al203. Установлены следующие марки алюминия (ГОСТ 11069-74): А999, А995, А99, А97, А95, А85, А8, А7, А6, А5, АО, А и АЕ. Алюминий марок А85-АЕ, содержащий до 2 % примесей, называется алюминием технической чистоты. Основные примеси в алюминии — железо и кремний. Они входят в состав алюминия примерно в равных количествах — от сотых до десятых долей процента. Железо в твердом алюминии практически не растворяется. Железо во всех сплавах алюминия является вредной примесью, так как оно снижает электропроводность и коррозионную стойкость сплавов и ухудшает их пластические свойства. Исключение составляют жаропрочные сплавы, в которых железо — примесь полезная. Кремний растворим в железе при комнатной температуре в количестве не более 0,12 %; при 570 °С растворимость его достигает 1,6 %. Влияние кремния на механические и физико-химические свойства алюминия подобно железу.
Для сплавов алюминия характерно, что в результате добавок менее коррозионностойких металлов получаются сплавы высокой коррозийной стойкости (например, типа магналия с 3—5 % Мg, сплавы с марганцем и кремнием) и, наоборот, если данный металл более устойчив против коррозии, чем алюминий, то сплавы получаются низкой коррозионной стойкости (например, AI—Сu). Сплавы алюминия обладают, как правило, более высокими механическими свойствами, чем чистый алюминий. Поэтому в промышленности широкое распространение получил не чистый алюминий, а его сплавы с медью, цинком, магнием, кремнием, марганцем и другими металлами.
Все существующие алюминиевые сплавы по их технологическим свойствам делят на две группы: обрабатываемые давлением (деформируемые) и литейные. Деформируемые сплавы разделяют также на следующие группы:
1) технический алюминий;
2) алюминиевомарганцевый сплав АМЦ;
3) алюминиевомагниевые сплавы (магналии); обозначаются буквами АМг (с цифрой, указывающей процент содержания магния. Если цифры нет, то магния в сплаве меньше 2,5 %;
4) типа "авиаль" с магнием и кремнием: АД31, АДЗЗ, АД35 и А8 (в последний входит немного меди);
5) с медью и магнием типа дюралюминий, обозначаемые буквой Д с цифрой, указывающей номер сплава, например Д1, Д16;
6) высокопрочные алюминиевые сплавы, в которые, кроме алюминия, входят еще три компонента: цинк, магний и в большинстве случаев медь; обозначается буквой В с цифрой, например В92 (без меди); В95;
7) ковочные (жаропрочные), обозначаемые буквами АК с цифрой (АК2, АК4 и др.) и применяемые для поковок и штамповок.
Сплавы групп 1—3 не упрочняются термической обработкой, сплавы групп 4—6 упрочняются (закалкой с последующим старением). Кроме приведенных выше обозначений, к маркам сплава добавляют еще буквы, указывающие состояние изделий или вид обработки. Например, Н — нагартованное состояние; П — полунагартованное; М — обожженное; Т — закаленное и естественно состаренное; Т1 — закаленное и искусственно состаренное при 135—180 °С, Ч, ПЧ — указывают на содержание приме¬сей в сплаве.
Алюминиевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью и простотой изготовления из них полуфабрикатов, а также высокой коррозионной стойкостью, в 10—20 раз превышающей стойкость обычной конструкционной стали, и повышенной пластичностью при низких температурах. Изделия из алюминиевых сплавов при ударе не дают искр. Конструкции из алюминиевых сплавов устойчивы против сейсмических нагрузок, огнестойки и имеют хороший внешний вид. Прочностные свойства алюминиевых сплавов зависят от их типа, марки и состояния, вида, формы и размера полуфабрикатов, условий работы и других факторов.
Сплав Д21 применяют в основном в виде поковок, штамповок и прессованных заготовок.
Сплав Д19, принадлежащий к системе AI—Сu—Мg, упрочняется закалкой с 500—515 °С в воде и последующим естественным старением не менее 10 сут. При этом он незначительно изменяет свою пластичность. Из него выпускают все виды полуфабрикатов.
Сплав В92, принадлежащий к системе AI—Zn—Мg, упрочняется как при естественном, так и при искусственном старении. Механические свойства его достигают максимума после закалки с 440—460 °С и искусственного старения при 100 С. Его применяют для изготовления всех видов полуфабрикатов.
Из сплава ВАД23 системы AI—Сu—Мg также изготовляют полуфабрикаты всех видов. Этот сплав среди всех других деформируемых сплавов алюминия характеризуется самыми высокими значениями временного сопротивления и предела текучести при нормальных и повышенных (до 160-180 °С) температурах, но после искусственного старения пластичность его понижается.
Сплав АМг6 системы AI—Мg наиболее широко распространен в технике. Он имеет высокую коррозионную стойкость, хорошо сваривается, очень пластичен, не упрочняется термической обработкой и его применяют для производства всех видов полуфабрикатов, которые поставляют только в отожженном или отожженном и дополнительно нагартованном состояниях. После нагартовки прочность этого сплава резко повышается, а пластичность уменьшается. Для снятия нагартовки применяют обжиг при 300—350 °С с охлаждением на воздухе.
Сварка алюминия
Основные недостатки алюминиевых сплавов — относительно низкая упругость, высокий коэффициент линейного расширения, сравнительная сложность выполнения соединений из-за ограниченной применимости сварки алюминиевых сплавов, так как прочность сварных швов, особенно у термически упрочняемых сплавов, ниже прочности основного металла. К недостаткам этих сплавов относятся также низкая выносливость в условиях переменных и знакопеременных нагрузок и пока еще довольно высокая стоимость. Однако последний недостаток является временным, так как по мере совершенствования технологии стоимость полуфабрикатов из алюминиевых сплавов будет постепенно снижаться.
Производство листов и лент из чистого алюминия и его термически неупрочняемых сплавов
Примерно 60 % всех выпускаемых листов из алюминия и его сплавов составляют листы из чистого алюминия. На них расходуется около 40 % всего производимого алюминия. Листы из чистого алюминия изготовляют рулонной прокаткой слитков массой 2—2,5 т и толщиной 250—300 мм. Промышленность выпускает листы из алюминиевых сплавов следующих видов:
1) горячекатаные, без термообработки (АД1, ДА1, Д16А, Д16А-Б, АМгА, АМцА, ABA, В95А);
2) отожженные (Д1АМ, Д16АМ, В95АМ, АВ-М, АМцАМ, АМгАМ, АДМ, АД1М);
3) полунагартованные (АМцАП, АМгАП);
4) нагартованные (АДН, АД1 Н, АМцАН);
5) закаленные и естественно состаренные (Д1АТ, Д16АТ, Д16АБТ);
6) закаленные и естественно состаренные повышенного качества прокатки (Д1АТВ, Д16АТВ, Д16АБТВ);
7) закаленные и искусственно состаренные (АВАТ1, В95АТ1);
8) закаленные и искусственно состаренные повышенного качества прокатки (В95АТ1В);
9) нагартованные после закалки и естественного старения (Д16АТН, Д16АБТН);
10) нагартованные после закалки и естественного старения повышенного качества прокатки (Д16ТАНВ, Д16АВТНВ).
Листы из алюминиевых сплавов бывают плакированные, изготовля¬емые из сплавов марок Д1, Д16, В95 и других упрочняемых сплавов, и неплакированные из сплавов марок АМц, АМг, АВ и Д16В, а также из алюминия марок АД (98,8 % AI) и АД1 (99,3 % AI). Плакирование листов из алюминиевых сплавов заключается в нанесении при прокатке на их поверхность тонкого слоя чистого алюминия (по 4—5 % от толщины листа с каждой стороны), образующаяся на котором пленка окиси защищает основной металл от коррозии. Отсутствие плакировки на листах обозначается буквой Б, которая ставится после марки сплава. Технология получения листов состоит из следующих основных операций: 1) приготовление расплава в газовых отражательных печах. Отношение содержания железа к содержанию кремния в расплаве не должно быть больше единицы. В процессе плавки расплав рафинируют от водорода и неметаллических включений хлором или флюсами; 2) отливка слитков методом непрерывного и полунепрерывного литья; 3) фрезерование слитков; 4) горячая прокатка при 350-480 °С до толщины около 10 мм со свертыванием в рулон; 5) холодная прокатка на выходную толщину 5,0—0,5 мм со степенью деформации соответственно 50 и 95 %; листы толщиной 5,0 мм получают за один пропуск; 6) резка на окончательный размер на линии резки. Если требуется получить мягкие листы, то холоднокатаные рулоны отжигают в течение 6 ч при 360-400 °С в воздушных печах с циркуляцией воздуха. Отожженные рулоны охлаждают на воздухе. Мягкие листы применяют в основном для производства изделий методом холодной штамповки, поэтому поверхность листов должна быть чистой, без посторонних плен, появляющихся от налипания алюминия на валки стана, без надиров, глубокой насечки, пузырей и других дефектов. Листы должны иметь как можно более высокую пластичность, допускающую глубокую вытяжку, не образовывать при вытяжке "фестонов". Кроме того, поверхность прокатанных листов должна быть однородно матовой, без шероховатостей и рельефных полос, возникающих в направлении прокатки. После травления листы должны иметь светлую матово-серебристую поверхность, без трудноудаляемого серо-зеленого налета. Для получения высококачественных мягких листов из технического алюминия рекомендуется, чтобы в его составе содержалось повышенное количество железа и небольшое (в пределах 0,02-0,05 %) - титана. С этой же целью необходимо подвергать слитки гомогенизации при температурах не ниже 550-570 °С (лучше 600-620 °С) и фрезеровать их на большую глубину. Горячую прокатку мягких листов следует начинать при температуре выше 500 °С и заканчивать при температуре не ниже 400 °С. Отжигать рулоны необходимо с высокой скоростью нагрева при температуре отжига 380—440 °С. Лучше нагревать листы по одному в печах с интенсивной циркуляцией воздуха или в проходных печах с быстрым индукционным нагревом. Листы из чистого алюминия выпускают только в отожженном или в нагартованном состоянии. К термическим неупрочненным сплавам алюминия относятся сплавы типа АМц и АМг. Свойства этих сплавов почти не изменяются при термообработке (закалке и отпуске). Сплавы характеризуются высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Назад

Наверх

109202, Москва,
Перовское шоссе, 21
+7 (495) 135-14-17
Пн, Вт, Ср, Чт, Пт
с 9:00 до 20:00
Пишите нам в любое удобное время
1351417@mail.ru
© 2012-2018 ИПК "ТЕМП"
All Rights Reserved