Алюминий это сплав чего
алюминий
Алюминий (Al) – материал, из которого изготавливается большой ассортимент металлопроката. Этот металл востребован в различных сферах промышленности, строительстве и народном хозяйстве. Из него производят следующие разновидности продукции: листы, углы, профили, круги, рулоны, прутки, полосы, двутавры, швеллеры. Прочность, легкость обработки и доступная стоимость обусловили хороший спрос на данный продукт.
Физико-химические свойства
Алюминий – 13-й элемент в таблице Менделеева, относится к легким металлам. Его цвет – серебристо-белый. В природе он встречается в виде соединений в силу своей сильной химической активности. В нормальных условиях на поверхности алюминия присутствует оксидная пленка, которая делает его невосприимчивым к окислителям и коррозии. При вступлении в реакцию со щелочью и растворами солей аммония она разрушается, и тогда этот металл используется как сильный восстановитель.
К основным физическим свойствам относятся:
Чтобы увеличить прочность, этот металл сплавляют с магнием, медью, кремнием. Алюминиевые сплавы остаются крепкими в условиях низких температур. Их все разделяют на литейные и деформируемые. Алюминиево-бронзовые – превосходят бронзу по химической стойкости.
Добыча
После кислорода и кремния этот металл – наиболее распространенный элемент в земной коре, где он присутствует в виде соединений с другими элементами. Его получают из алюминиевых руд. Наиболее высокое содержание (50% оксидов этого металла+глинозем, содержащий этот компонент) находится в бокситах, которые залегают на поверхности земли. Наилучшие залежи этих минералов расположены в экваториальных и тропических регионах.
Для их добычи используется сложное оборудование: краны, машины для раздачи глинозема, установка по газоочистке, электролизер. Также в ходе процедуры задействованы просторные помещения и мощная электросеть. Поэтому заводы по производству этого продукта обычно расположены вблизи электростанций. В современных условиях этот металл получают благодаря процессу Холла-Эру.
Область применения
Алюминиевая плита. Обладает шумоизолирующими свойствами, защищает от вибрации, огня и влаги. Из нее изготавливаются различные строительные конструкции, декоративные элементы крыш, окантовки, круги, балки, профили. Она – важный элемент в машиностроении, где ее используют как основу для несущих стоек. В авиационной промышленности эта продукция применяется для облицовки фюзеляжей и в самой конструкции планеров. Также этот продукт важен для получения топливного и гидравлического оборудования.
Алюминиевый лист. Благодаря разнообразию форм используется в декорировании зданий. Также он востребован при изготовлении каркасов, фильтров и вентиляционных коробов. Из него производят баки, канистры для продуктов, контейнеры, столешницы, мойки. Материал не вступает в реакции с пищей, не выделяет опасных веществ и не влияет на вкусовые качества.
Алюминиевая труба. Незаменима при обустройстве трубопроводов для добычи нефти, так как не вступает в реакции с веществами. Благодаря хорошей пропускной способности такая продукция – оптимальный вариант при разработке канализации и водопровода. Вода по ним двигается быстро, без образования пробок.
Алюминиевая проволока. Применяется для сварочных работ, при монтаже электролиний, в электротехнике, в системах грозозащиты. Является сырьем в производстве кабельной и проводниковой продукции. Также из нее производят инвентарь для торговли, элементы фасадов, дизайнерские детали для домов, посуду.
Алюминиевые уголки. Востребованы при изготовлении корпусной и мягкой мебели, рекламного оборудования, шкафов, стеллажей. Это любимый элемент дизайнеров, так как он не просто защищает мебельные конструкции, но и подчеркивает их оригинальность. Небольшие и узкие разновидности также востребованы при установке оконных рам. Крупные изделия – при монтаже крупногабаритных конструкций.
Алюминиевый пруток. Не намагничивается, не боится перепадов температуры, имеет хорошую электропроводность и легкий вес. Используется в станкостроении и машиностроении. Применяется в качестве заготовок для производства крепежей, стойких к агрессивным веществам. Из него получают детали редукторов, клапаны, силовые элементы, компоненты сварных конструкций, опорную арматуру.
Отличия алюминиевых сплавов
Сплавы АД1 представляют собой технический алюминий, содержат до 0,7% примесей, среди которых главная роль принадлежит кремнию и железу. Они стойкие к воздействиям химических веществ. Подходят в качестве материалов для резервуаров, прокладок, шайб. АД31 склонен к упрочнению при термической обработке, содержит: Al, Mg, Si. Имеет высокую пластичность, не подвержен ржавчине. Из него получаются сложные по форме полуфабрикаты. Он прост в обработке, хорошо поддается окрашиванию. Из него получают профили, емкости для перевозки азотной кислоты, продуктов питания. Также он является материалом для фляг, консервных банок, пробок бутылок.
В сплаве В95, помимо Al, присутствует цинк, магний и медь. Самый прочный среди всех разновидностей, поэтому востребован в конструкциях с высокой нагрузкой. Из него выпускают плиты, ленты, профили. Под точечной нагрузкой склонен к коррозийному разрушению.
Д16 очень распространен, представляет алюминиевый сплав с медью и магнием. Его можно деформировать в холодном и горячем состоянии. Не предназначен для сваривания. Сплав Д16т – дюралюминий, востребованный в авиа и судостроении. В три раза легче стали, не подвержен микроскопической деформации. Хорошо обрабатывается на токарных станках. Буква Т обозначает, что он искусственно состаренный. В таком состоянии он очень прочный, не подвержен коррозийному влиянию.
Под обозначением АМГ следует понимать алюминиево-магниевые сплавы. Не упрочняются термической обработкой. Незаменимы в технологиях глубокой штамповки. Морозоустойчивы, пластичны. Цифры, следующие за буквенными обозначениями, указывают на количество магния.
Сплав А5 – первичный алюминий, из которого делают проволоку, фольгу, слитки.
АМЦ содержит алюминий и марганец. Пластичный, но малопрочный. Среди достоинств таких сплавов – стойкость к коррозии, способность без труда свариваться контактной, газовой, атомно-водородной сваркой. Склонны к деформации как в холодном, так и в горячем состоянии в пределах 320-470 ° C.
Заполните данные ниже и наши менеджеры обязательно свяжутся с Вами в самое ближайшее время, а также проконсультируют по интересующим вопросам
Алюминий
Алюминий вошел в промышленное и бытовое применение относительно не так давно. На пересечении XIX – XX было освоено производство этого металла в промышленных масштабах. Все дело в том, что началось производство множества товаров, в которых алюминий широко применялся, например, при строительстве катеров, железнодорожных вагонов и пр. Кстати, именно тогда был показан широкой публике автомобиль с кузовом, выполненным из алюминия.
Состав и структура алюминия
Алюминий – это самый распространенный в земной коре металл. Его относят к легким металлам. Он обладает небольшой плотностью и массой. Кроме того, у него довольно низкая температура плавления. В то же время он обладает высокой пластичностью и показывает хорошие тепло- и электропроводные характеристики.
Предел прочности чистого алюминия составляет всего 90 МПа. Но, если в расплав добавить некоторые вещества, например, медь и ряд других, то предел прочности резко вырастает до 700 МПа. Такого же результат можно достичь, применяя термическую обработку.
Алюминий, обладающий предельно высокой чистотой – 99,99% производят для использования в лабораторных целях. Для применения в промышленности применяют технически чистый алюминий. При получении алюминиевых сплавов применяют такие добавки, как – железо и кремний. Они не растворяются в расплаве алюминия, а из добавка снижает пластичность основного материала, но в то же время повышает его прочность.
Внешний вид простого вещества
Структура этого металла состоит из простейших ячеек, состоящих из четырех атомов. Такую структуру называют гранецентрической.
Проведенные расчеты показывают, что плотность чистого металла составляет 2,7 кг на метр кубический.
Свойства и характеристики
Его электропроводность равняется 65% от меди и ее сплавов. Алюминий и бо́льшая часть сплавов из него стойко воспринимает воздействие коррозии. Это связано с тем, что на его поверхности образуется оксидная пленка, которая и защищает основной материал от воздействия атмосферного воздуха.
В необработанном состоянии его прочность равна 60 МПа, но после добавления определенных добавок она вырастает до 700 МПа. Твердость в этом состоянии достигает 250 по НВ.
Алюминий хорошо обрабатывается давлением. Для удаления наклепа и восстановления пластичности после обработки алюминиевые детали подвергают отжигу, при этом температура должна лежать в пределах 350°C.
Температура плавления алюминия
Получение алюминиевого расплава, как и многих других материалов, происходит после того, как к исходному металлу подвели тепловую энергию. Она может быть подведена как непосредственно в него, так и снаружи.
Температура плавления алюминия напрямую зависит от уровня его чистоты:
Алюминиевый сплав может включать в свой состав различные вещества, в том числе и легирующие. Их наличие приводит к снижению температуры плавления. Например, при наличии большого количества кремния, температура может понизиться до 500°C. На самом деле понятие температуры плавления относят к чистым металлам. Сплавы не обладают какой-то постоянной температурой плавления. Этот процесс происходит в определенном диапазоне нагрева.
В материаловедении существует понятие – температура солидус и ликвидус.
Первая температура обозначает ту точку, в которой начинается плавление алюминия, а вторая, показывает, при какой температуре, сплав будет окончательно расплавлен. В промежутке между ними сплав будет находиться в кашеобразном состоянии.
Уменьшение температуры
Перед тем как приступать к плавке металла, можно выполнить определенные операции, которые позволят снизить температуру плавления. Например, иногда расплаву подвергают алюминиевый порошок. В порошкообразном состоянии металл начинает плавиться несколько быстрее. Но при такой обработке возникает реальная опасность того, что при взаимодействии с кислородом, который содержится в атмосфере алюминиевый порошок, начнет окисляться с большим выделением тепла и образования оксидов металла, этот процесс происходит при температуре 2300 градусов. Главное, в этот момент плавления не допустить контакта расплава и воды. Это приведет к взрыву.
Процесс плавления в домашних условиях
Относительно низкая температура плавления алюминия позволяет проводить эту операцию в домашних условия. Надо сразу отметить, что в качестве сырья в домашней мастерской использовать порошкообразную смесь слишком опасно. Поэтому в качестве сырья применяют или чушки, или нарезанную проволоку. Если к будущему изделию нет особых требований по качеству, то для плавления можно использовать все, что изготовленного из этого металла.
Плавка алюминия в самодельном горне
При этом не особо важно, будет сырье покрыто краской или нет. Когда происходит плавление алюминия, все посторонние вещества просто выгорят и будут удалены вместе со шлаком.
Для получения качественного результата плавки необходимо использовать материалы, которые называют флюсами. Они призваны решать задачу по связыванию и удалению из расплава посторонних примесей и загрязнений.
Средства защиты
Домашний мастер, решивший в домашних условиях выполнять плавление алюминия должен отдавать себе отчет в том, что это довольно опасный процесс. И поэтому без применения средств защиты не обойтись. В частности, должны быть использованы перчатки, фартук, очки. Дело в том, что температура расплава лежит в пределах 600 градусов. Поэтому имеет смысл использовать средства защиты, которые применяют сварщики.
Использование средств защиты при плавке алюминия
Кстати, при плавлении алюминия и использовании очищающих химикатов необходимо защищать органы дыхания от продуктов их сгорания.
Выбор формы для литья
При выборе формы для отливки алюминия домашний мастер должен понимать, а для какой цели он обрабатывает алюминий. Если будущая отливка будет предназначена для использования в качестве припоя, то использовать, какие-то специальные формы, нет необходимости. Для этого можно использовать металлический лист, на котором можно остудить расплавленный металл.
Но если возникает необходимость получения даже простой детали, то мастер должен определиться с типом формы для литья.
Форму можно изготовить из гипса. Для этого, гипс в жидком состоянии заливают в обработанную маслом форму. После того, как начнет застывать, в него устанавливают литейную модель. Для того, чтобы в форму можно было залить расплавленный металл необходимо сформировать литник. Для этого в форму устанавливают цилиндрическую деталь. Формы бывают разъемные и нет. Процесс изготовления разъемной формы усложняется тем, что модель будет находиться в двух полуформах. После застывания их разделяют, удаляют модель и соединяют снова. Форма готова к работе.
Кокиль для литья алюминия
Для получения качественных отливок целесообразно использовать металлические формы (кокили), но изготавливать их целесообразно только в заводских условиях.
Cплавы алюминия: выбор и применение
Сплавы на основе алюминия
Термины и определения
Алюминиевый сплав – сплав на основе алюминия – это алюминий, который [1]:
Легирующий элемент – это металлический или неметаллический элемент, который контролируется в определенных верхних и нижних пределах для целей придания алюминиевому сплаву определенных специальных свойств [1].
Примесь – металлический или неметаллический элемент, который присутствует в сплаве, минимальное содержание которого не контролируется. В алюминиевых сплавах, как правило, контролируется максимальная концентрация примеси [1].
Легирование в алюминиевых сплавах
Наиболее важными легирующими элементами, которые применяют для превращения алюминия в сплавы с особыми свойствами – и деформируемые, и литейные (конечно, в разных количествах) – являются:
Влияние, например, содержания меди в алюминиевом сплаве на его механические свойства показано на рисунке 1.
Рисунок 1- Влияние легирования алюминиевого сплава медью на механические свойства [3]
Железо в алюминиевых сплавах
Деформируемые алюминиевые сплавы содержат примерно 0,1 – 0,4 % (по массе) железа (Fe). Железо обычно рассматривается как нежелательная примесь. Его содержание зависит от качества исходной руды (бокситов) и технологии электролитического восстановления. Иногда легирование железом применяют для получения особых свойств материала, например, для изготовления алюминиевой фольги.
Модифицирование сплавов
В комбинации с основными легирующими элементами часто применяют другие легирующие элементы: висмут (Bi), бор (B), хром (Cr), свинец (Pb), никель (Ni), титан (Ti) и цирконий (Zr). Эти элементы обычно применяют в небольших количествах (до 0,1 % по массе, хотя B, Pb и Cr могут составлять до 0,5 %), чтобы придать им особые свойства, модифицировать сплавы для специальных целей, таких как литейные качества, обрабатываемость, теплостойкость, коррозионная стойкость, прочность и т.п.
Классификация алюминиевых сплавов
Классификацию алюминиевых сплавов – сплавов алюминия – производят по различным критериям, в том числе:
Две категории: литейные и деформируемые
Две категории алюминиевых сплавов
Литейный алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства отливок.
Деформируемый алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства алюминиевых изделий горячей и/или холодной обработкой давлением.
Деформируемые сплавы
Деформируемые алюминиевые сплавы сначала разливают в слитки (круглые или прямоугольные), а потом обрабатывают по различным технологиям обработки давлением – горячей и холодной – до придания им нужной формы:
Популярные деформируемые алюминиевые сплавы серии 6ххх, которые применяют для производства прессованных алюминиевых профилей, представлены ниже на рисунке 7.
Рисунок 7 – Основные алюминиевые сплавы серии 6ххх
Литейные сплавы
Литейные алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии разливают непосредственно в их конечную форму одним из различных методов, таких как, литье в песчаные формы, литье в кокили или литье под давлением. При литье применяют сложные литейные формы. Эти сплавы часто имеют высокое содержание кремния для улучшения их литейных свойств.
У этих двух категорий алюминиевых сплавов классификация по легирующим сплавам различная: в целом в них добавляются одни и те же легирующие элементы, но в разных количествах.
Прочность и другие механические свойства алюминиевых сплавов, как деформированных, так и литейных, определяются в основном их химическим составом, т. е. содержанием в алюминии легирующих элементов, а также вредных примесей. Однако возможно изменение этих свойств для достижения их оптимального сочетания путем дополнительной обработки сплавов – термической или деформационной, или и той, и другой. В результате этого сплав изменяет свои первоначальные механические свойства и получает свое окончательное состояние, в котором и поставляется заказчику. Упрочняющую термическую обработку применяют как к литейным, так и к деформированным сплавам, Они в этом случае называются сплавами, упрочняемыми термической обработкой.
Два механизма упрочнения
Два класса алюминиевых сплавов:
Термически упрочняемые сплавы
Термически упрочняемый сплав – сплав, который может быть упрочнен соответствующей термической обработкой (рисунки 2, 3 и 4).
Рисунок 2 – Закалка и упрочнение старением алюминиевых сплавов [2]
Рисунок 3 – Типичное термическое упрочнение старением [4]
Рисунок 4 – Эффект термического упрочнения на механические свойства сплава 7075 [4]
Нагартовываемые сплавы
Деформационно упрочняемый сплав (“термически неупрочняемый”, нагартовываемый) – сплав, который упрочняется только путем деформационной обработки (рисунки 5 и 6), а не термической обработкой.
Рисунок 5 – Влияние холодной пластической обработки – нагартовки – на прочность, твердость и пластичность алюминиевых сплавов [2]
Рисунок 6 – Кривые нагартовки (деформационного упрочнения)
термически неупрочняемых алюминиевых сплавов [4]
Серии и системы легирования
Серии деформируемых сплавов
Серии литейных сплавов
Алюминиевые сплавы в конструкциях
Рейтинг прочности алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы создают для того, чтобы получить алюминий со специальными свойствами, например, с более высокими механическими свойствами (рисунки 8 и 9).
Рисунок 8 – Рейтинг прочности деформируемых алюминиевых сплавов [2]
Рисунок 9 – Влияние легирующих элементов на прочность при растяжении, твердость, чувствительность к удару и пластичность [5]
Выбор сплава
При выборе алюминиевого сплава в качестве конструкционного материала, главным фактором является обеспечение прочности изготавливаемого из него конструкционного элемента. Однако конструкционную прочность различных типов элементов обеспечивают различные свойства одного и того же конструкционного материала.
Например, прочность «толстой» колонны будет зависеть в основном от предела текучести металла, тогда как прочность «тонкой» колонны будет зависеть главным образом от модуля упругости материала. Поскольку предел текучести алюминиевых сплавов нередко сравним с пределами текучести рядовых конструкционных сталей, то алюминий мог бы вполне потягаться с ними для «толстых» колонн. С другой стороны, поскольку модуль упругости алюминия и его сплавов составляет всего лишь где-то треть от модуля упругости сталей, то алюминий вряд ли может соперничать со сталями в «тонких» колоннах.
Прочность, однако, не является единственной рабочей характеристикой конструкции или изделия. Такие дополнительные факторы, как коррозионная стойкость, легкость обработки (прессуемость или свариваемость), жесткость (модуль упругости), пластическое разрушение (относительное удлинение), вес (плотность), усталостная прочность, а также стоимость, должны в той или иной мере учитываться при выборе нужного конструкционного материала.
Экономика алюминиевой конструкции
Часто стоимость материала является критическим фактором. Однако сравнение алюминиевых сплавов и сталей на основе стоимости единицы массы или объема может ввести в заблуждение, так как они имеют различные прочности, плотности и другие свойства.
Если бы стоимость материала была единственным фактором и углеродистые стали могли применяться без защитного антикоррозионного покрытия, то всегда и везде применялись бы только они. Однако, при выборе материала в рассмотрение принимаются и другие факторы, такие как стоимость эксплуатации и технического обслуживания в течение всего срока службы конструкции. Кроме того, в некоторых специфических условиях «правило» о том, что алюминиевый элемент в два раза легче стального не всегда справедливо. Например, алюминиевый компонент может весить и значительно меньше, если толщину стального элемента нужно увеличивать с учетом ее возможного уменьшения от воздействия слишком агрессивной коррозии в течение всего срока службы.
Если требуются профили со сложными поперечными сечениями, как, например, в ограждающих фасадных конструкциях, то в таких случаях, стоимость стального элемента намного больше, чем стоимость его материала. Дело в том, что для изготовления этого элемента из стальной заготовки ее надо механически обрабатывать, подвергать холодной штамповке или гибке, а, может быть, и применять сварку. В то же время стоимость изготовления алюминиевого профиля составляет только малую долю стоимости «сырого» алюминия.
Из-за высокой стоимости нержавеющих сталей они применяются только, если вес элемента или конструкции не имеет значения, а важны внешний вид и свариваемость. Обычно, когда нержавеющая сталь применяется вместо алюминия, то причина часто только одна – ограничения алюминиевых сплавов по сварке.
Алюминиевые сплавы по Еврокоду 9
Алюминиевые сплавы предлагают инженерам-конструкторам широкий выбор материалов. Каждый сплав имеет свои особенные характеристики, которые служат для обеспечения заданных свойств. Когда коррозионная стойкость, высокое отношение прочности к весу и легкость изготовления являются существенными конструкционными параметрами, тогда алюминиевые сплавы заслуживают серьезного рассмотрения.
В таблицах 1 и 2 представлены деформируемые алюминиевые сплавы, которые Еврокод 9 рекомендует и разрешает для применения в зданиях и сооружениях (см. подробнее здесь).
Таблица 1 – Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы по Еврокоду 9
Таблица 2 – Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы по Еврокоду 9 
1. Guidance GAG Guidance Document 001 Terms and Definitions Edition 2009-01 March 2009
2. The welding of aluminium and its alloys / Gene Mathers – Woodhead Publishing Ltd, 2002
3. Aluminum and Aluminium Alloys / ed. Davis – ASM International, 1996
4. Aluminum and Aluminum Alloys – Subject Guide – ASM International, 2015
5. TALAT 1501