Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, применение

Алюминий относится к легковесным металлам. благодаря своей пластичности алюминиевым конструкциям легко придать нужную форму. Металл легко поддается обработке, не подвержен коррозии. Алюминий различной степени чистоты используют как отдельный материал, так и в составе сплавов.

Производство алюминия

Алюминий получают из минералов – бокситов, нифелинов, алунитов, глинозема. А природе встречается более 250 горных пород и соединений, из которых можно получать алюминий. Чаще всего алюминий получают из бокситов, мировые запасы которого практически не ограничены. В этой горной породе содержаться гидраты оксида алюминия. Процесс производства выглядит следующим образом. Сначала бокситы подвергают измельчению и дроблению, а потом сушке. Полученная масса проходит нагрев паром, после обрабатывается щелочью. В процессе обработки в большая часть оксида алюминия переходит в щелочной раствор. После раствор продолжительное время перемешивают. В процессе электролиза на раствор воздействуют электротоком с силой 400 кА. Такое воздействие способствует разрушению связей между атомами кислорода и алюминия. В результате этого процесса метал отделяется в жидком виде. Далее алюминий отливают в слитки в чистом виде или создают на его основе различные сплавы.

Марки алюминия и его сплавов

Для придания металлу определенных свойств и усиления некоторых характеристик, в состав сплавов на основе алюминия добавляют медь, марганец, кремний, цинк, магний.

Различают следующие марки алюминия:

• Первичный.
• Технический.
• Деформируемый.
• Литейный.
• Для раскисления стали.

Отдельную группу представляют сплавы алюминия с драгоценными металлами – золотом, серебром и т.д. их называют лигатурами.

Для получения первичного алюминия используют обогащенный глинозем. После проведения определенных физико-химических реакций из него получают чистый алюминий. О такой материал используют для повышения металла высокого качества.

В марках технического алюминия процент примесей составляет не более 1%. Этот материал отличается высокой устойчивостью к коррозии, прочностью, хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Такие алюминиевые сплавы часто используют для изготовления нагревательных приборов, осветительного оборудования и т.д.

Деформируемый алюминий обладает повышенными свойствами пластичности, что позволяет использовать его для изготовления изделий по технологии холодного или горячего проката. В таких марках алюминия содержится большой процент эвтектики – жидкой фазы.

Литейный алюминий за счет высокой удельной прочности, низкой плотности и пластичности широко используется при производстве фасонных изделий.

Сплавы литейного алюминия делятся на такие виды:

• Высокогерметичные.
• Жаропрочные.
• Коррозионностойкие.

Алюминиевые сплавы для раскисления стали характеризуются низким качеством. Технология предполагает добавление в сплавы алюминия, за счет чего из состава удаляется кислород, что улучшает технические свойства металла и повышает его качество.

Классифицировать алюминий и сплавы на его основе можно по таким параметрам:

• Тип обработки.
• Тип упрочнения.

Также марки можно делить на виды в зависимости от их технических характеристик – в повышенной прочностью, с высокой жаропрочностью, с высокой пластичностью, ковочные, дюралевые.

В зависимости от химического состава различают алюминиевые сплавы – силумины, медьсодержащие, с магнием.

Правила маркировки алюминиевых сплавов

Для маркировки алюминиевых сплавов используют буквы и цифры. Система маркировки выглядит следующим образом:

После первых букв указывается номер марки сплава и далее следует буква, указывающая его состояние:

Цифры в маркировке могут указывать как процентный состав чистого алюминия, так и количество примесей в сплаве.

Маркировка листового алюминия

Для производства листового алюминия используются различные сплавы. Чаще всего это технический алюминий, дюрали, деформируемые сплавы, АМг, АМц. Чтобы материал получался эстетически привлекательным, листы обрабатывают методом плакировки.

Листы А5

Листы марки А5 выпускаются толщиной 0,5-10 мм. Они поставляются в листах или рулонах. Изделия характеризуются высокой теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью. Материал может обрабатываться с применением различных технологий, в том числе с аргоновой сваркой. Различают листы А5 двух типов – повышенной прочности А5Н и из мягкого алюминия А5М. Основная сфера применения такого листового проката – пищевая промышленность, изготовление производственного оборудования, декоративных элементов и облицовки.

Алюминий А6М

Этот сплав характеризуется наличием небольшого количества примесей и относится к мягким сортам. Благодаря пластичности и коррозионной стойкости такие листы востребованы в пищевой промышленности, используются при создании холодильного и нагревательного оборудования.

Марка 1105

Сплав представляет собой сочетание дюралюминия с медью и марганцем. Он выпускается в листах и рулонах. Доступно несколько разновидностей такого материала:

• Нргитированный (1105Н). отличается повышенной прочностью.
• Прошедший обработку температурным отжигом (1105М).
• Утолщенные листы. Бывают со слоем плакировки (1105УМ) и без плакировочного слоя (1105АМ). Материал характеризуется высокой устойчивостью к агрессивным средам.
• Закаленные (1105АТ) и состаренные листы (1105Т).

Алюминиевые листы АД

Изготавливаются из технического алюминия с небольшим количеством примесей. Листы обладают высокой пластичностью и устойчивостью к коррозии. Материал делится на плакированный (АДМ) и нагартированный (АДН).

Листы АД1

Для производства используется технический алюминий марки АД1. Листы характеризуются простотой обработки, пластичностью, устойчивостью к коррозии.

Листы АМг1

Листы на основе деформируемых алюминиевых сплавов с добавлением магния (1%). Они достаточно пластичные и могут обрабатываться разными способами, в том числе с применением сварки.

Листы марки АМг2

Основу таких листов составляют деформируемые сплавы алюминия с магнием (2%). Для них характерна простота обработки и высокая электрическая проводимость. Их основная сфера применения – производство полупроводниковых приборов.

Листы марки АМг3

В листах и деформируемого сплава присутствует магний (3%). Такой состав обеспечивает материалу отличную свариваемость, коррозионную стойкость и пластичность, среднюю прочность. Листы используют для производства частей трубопроводных систем, деталей гидравлики и т.д.

Листы марки Амг5

Для производства используют авиационные сплавы с содержанием магния 5%. Материал имеет высокую прочность, пластичность и устойчиво к коррозии. Основные сферы использования – кораблестроение, машиностроение, судостроение.

Листы марки 5Мг6

Изготавливаются из авиационного сплава и содержат 6% магния. Это обеспечивает материалу легкость, прочность, возможность обработки точечной и аргоновой сваркой, коррозионную стойкость. Основные сферы использования – кораблестроение, приборостроение, самолетостроение, машиностроение.

Листы марки АМц

В составе таких сплавов присутствует от 1 до 1,6 % марганца. Материал отличается коррозионной стойкостью, прочностью, повышенной теплопроводностью и не подвержен воздействию агрессивных сред, простотой и легкостью обработки. Его используют в пищевой и химической промышленности, авиастроении, кораблестроении, машиностроении и т.д.

Листы с маркировкой ВД1

Для производства используют дюралюминий с медью и магнием. Плакирование позволяет получать материал с более высокими эксплуатационными характеристиками. Его используют при изготовлении двигателей, в авиастроении, машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Методы термической обработки

Термообработке не поддаются сплавы алюминия с марганцем и магнием, а также чистый алюминий. Температурой обрабатывают только соединения медью, бронзой, цинком, смесью магния и кремния. Термическая обработка позволяет повысить эксплуатационные свойства материалов, улучшает их прочность и твердость.

Основные виды термообработки:

• Отжиг. С его помощью можно снять внутренние напряжения, обеспечить стабилизацию размеров деталей.
• Гомогенизация. Обеспечивает однородность внутренней структуры
• Термообработка на твердый раствор. Обеспечивает сплавам гомогенизированную структуру.
• Старение (искусственное или естественное). Обеспечивает повышение твердости сплава. Термическую обработку проводят для того, чтобы облегчить процесс изготовления деталей или повысить их прочность.

Виды и особенности алюминиевых сплавов

Алюминиево-магниевые сплавы

Для таких сплавов характерна хорошая свариваемость, устойчивость к коррозии и прочность. Содержание магния в них составляет до 6%. Чем выше процент легирующей добавки, тем прочнее получается сплав. В составах могут присутствовать и модифицирующие добавки – титан, цирконий, бериллий. Хотя у таких сплавов низкие литейные характеристики, они легко поддаются обработке режущим инструментом, обладают повышенной коррозионной стойкостью.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Отличаются высокой прочностью и пластичностью, устойчивостью к коррозионным процессам и хорошей свариваемостью. Для легирования таких сплавов используют титан. Основными примесями выступают железо и кремний.

Сплавы алюминий-медь-кремний

Такие сплавы называются алькусинами. Они отличаются повышенной твердостью, что позволяет использовать их для изготовления втулочных подшипников и блока цилиндров.

Алюминиево-медные сплавы

После термоупрочнения такие сплавы набирают твердость, сравнимую с твердостью некоторых марок низкоуглеродистой стали. Из-за невысокой устойчивости к коррозии материалы дополнительно обрабатывают защитными составами. Для их легирования используют марганец, железо, кремний, магний.

Алюминий-кремниевые сплавы

Такие сплавы называются силуминами. В некоторые из них добавляют литий и натрий. Это недорогой материал с высокими коррозионными свойствами и низкой устойчивостью к механическим нагрузкам.

Сплавы алюминий-цинк-магний

Отличаются высокой прочностью и простотой обработки. Для защиты от развития коррозии сплавы легируют медью.

Авиаль

Это сплавы на основе алюминия, магния и кремния. По-другому их называют авиационный алюминий. Отличаются высокой пластичностью и достаточной устойчивостью к коррозии.

Дюралюмины

Это сплавы на основе алюминия, легированного медью, с добавлением магния и марганца. Для них характерна высокая прочность, но недостаточная коррозионная устойчивость. Для улучшения этого параметра листовой материал плакируют – покрывают слоем чистого алюминия.

Высокопрочные сплавы (В)

В составе таких сплавов могут присутствовать железо, кремний, медь, марганец, магний, хром, цинк, титан. За счет увеличения цинка и магния можно повышать прочностные характеристики, но при этом будут снижаться пластичность и коррозионная стойкость.

Сплавы для ковки и штамповки (АК)

Характерной особенностью таких сплавов является пластичность, что позволяет легко выполнять деформирование. После этого детали обычно термообрабатывают с применением закалки и старения. Для сплавов характерна хорошая обрабатываемость режущим инструментом.

Виды порошковых алюминиевых сплавов и области их применения

Спеченные алюминиевые порошки

У таких алюминиевых порошков структура представляет собой алюминиевую матрицу, в которой медлкодисперсионные включения алюминия распределены равномерно, за счет чего обеспечивается прочность. Они обладают высокой жаропрочностью, хорошей деформируемостью, простотой обработки и свариваемости, электропроводностью и коррозионной стойкостью.

Спеченные алюминиевые сплавы САС

В составе структуры этих сплавов присутствуют интерметаллиды и кремний. Составы отличаются высокой прочностью, твердостью, но малой пластичностью.

Применение алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы находят широкое применение в различных сферах промышленности:

• Ювелирные изделия. Раньше из алюминия изготавливали украшения, а сейчас используют при производстве бижутерии.
• Столовые приборы и посуда. Чашки, ложки, вилки, кастрюли из алюминия отличаются легкостью, их удобно брать в поход.
• Стекловарение. Для изготовления зеркал используют вакуумное напыление на основе алюминия.
• Пищевая промышленность. Алюминий используется как пищевая добавка и для защиты продуктов от развития плесени.
• Военная промышленность. Небольшой вес и доступная цена позволяет использовать алюминий и его сплавы для изготовления оружия.
• Ракетная техника. Алюминий применяется в качестве горючего вещества.

В машиностроении и станкостроении, авиастроении, кораблестроении и других отраслях промышленности алюминий и сплавы на его основе являются востребованным продуктом.