Ученые из НИТУ «МИСиС» создали уникальный алюминиевый сплав
1612
Добавить в закладки
Специалисты из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с другими российскими коллегами создали сплав алюминия, способный выдержать температуру 400 °C – гораздо больше, чем существующие аналоги. По их оценкам, он даст возможность серьезно снизить вес и углеродный след новых поездов, самолетов и другой техники. Результаты исследования опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Процесс горения алюминия
Хорошо известен тот факт, что алюминий и многие сплавы, созданные на его основе, устойчивы к негативному влиянию атмосферы, воды и различных химикатов. Это, а также низкий удельный вес и хорошая электро- и теплопроводность делают его пригодным для использования во многих отраслях промышленности.
Благодаря этим качествам проволока, созданная из алюминиевых сплавов, может эффективно заменить тяжелые и дорогие проводники из меди. Ее применение в авиации, скоростных поездах и другой технике заметно снижает их размеры и вес, экономя таким образом топливо и сокращая вредные выбросы в окружающую среду. Однако методы получения этих сплавов на сегодняшний момент затратны со всех точек зрения.
Специалисты НИТУ «МИСиС» разработали структуру нового материала на основе алюминия, а также технологию производства проволоки на его основе.
Он дешевле своих аналогов, прост в изготовлении и имеет уникальные физические свойства.
«Наш материал отличается термически стабильной структурой, он выдерживает температуры вплоть до 400 °C. Любые известные алюминиевые сплавы испытывают значительное разупрочнение уже при 250-300 °С. В наш сплав входят медь, марганец и цирконий, что дает уникальное сочетание электропроводности, прочности и термостойкости», — рассказал старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС» Торгом Акопян.
Особенность нового сплава в том, что 10% его объема составляют особые наночастицы, в состав которых входят цирконий и марганец, равномерно рассредоточенные по алюминиевой основе.
В перспективе ученые планируют усовершенствовать его химический состав и режимы обработки.
Автор: Максим Майоров
Источник фото: пресс-служба НИТУ «МИСиС»
НИТУ «МИСиС» алюминиевый сплав металлы
Источник: ria.ru, planet-today.ru
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
12 февраля 1957 г. Роберт Венторф получил боразон — кубический нитрид бора
10:00 / Физика, Эксперименты
День рождения академика Ивана Дедова
10:00 / Здравоохранение, Медицина, Персона
В поисках «слабого места» у туберкулезной палочки ученые исследовали ферредоксины
14:00 / Биология
Ученые научились по походке выявлять болезнь Альцгеймера у грызунов с помощью искусственного интеллекта
12:00 / Биология, Медицина, Нейронауки
Международный день женщин и девочек в науке
10:30 / История, Наука и общество
На российско-казахской границе зарегистрировано землетрясение магнитудой 4,4 балла.
Комментарий от Единой геофизической службы РАН
20:00 / Наука и общество, Экспертный разговор, Геология
КарНЦ РАН участвует в создании национальной системы мониторинга парниковых газов
18:30 / Экология
Ученые создали «ассистента уролога», который поможет врачу с более точной диагностикой почечных заболеваний
17:30 / Медицина
Сложные экосистемы существовали на Земле всего через миллион лет после пермско-триасового массового вымирания
16:45 / Палеонтология
Ставропольские ученые разрабатывают технологии повышения урожайности
16:30 / Химия
Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
История новогодних праздников
01.08.
2014
Смотреть все
Какой алюминиевый сплав лучше для велосипеда: 7005 или 6061?
Материал рамы – важнейший параметр велосипеда, от которого зависит не только его стоимость, но и эксплуатационные характеристики. Чаще всего ее изготавливают из стали или алюминиевых сплавов. Алюминиевые рамы ценятся за свою легкость, жесткость и долговечность, вплоть до пожизненной гарантии у некоторых брендов. Существует целый ряд алюминиевых сплавов, применяемых в велосипедном производстве. Сегодня мы сравним два популярных сплава – 7005 и 6061, расскажем о преимуществах каждого материала и сферах применения.
Их главное отличие – в составе. Так, в сплавы серии 6000 добавляют магний, а в 7000 – цинк. Сплав с маркировкой 7005 стоит меньше и поэтому более распространенный, 6061 – применяется для производства рам в более продвинутых байках. Оба материала обладают высоким качеством, в целом превышающим характеристики стали, и уступающим разве что титану, из которого изготавливают профессиональные велосипеды.
Подходят для всех типов велосипедов от недорогих моделей до весьма серьезных шоссейников и гибридов, а также складный байков. Маркировка алюминиевого сплава наносится непосредственно на трубу рамы или другую деталь из него изготовленную.
В наличии горные велосипеды с доставкой до вашего региона! Большой выбор. Гарантия лучшей цены.
6061 – упругий и податливый в обработке
Кроме магния в этом сплаве присутствуют – в гораздо меньшем процентном соотношении – также кремний, железо, медь. Ведь сам по себе алюминий достаточно мягкий материал. Используется также в изготовлении судов и самолетов, в строительстве домов. При термической обработке рам из этого материала (термическом упрочнении, закаливании), их нагревают до 530 градусов, а охлаждают с помощью воды. Этот способ считается более легким, при этом сплав остается технологичным – его подвергают беттингу для увеличения легкости и прочности, а также производят рамы из труб со сложным сечением.
Сплав марки 6061 более мягкий, при этом пластичный, лучше поддается сварке, что важно в долгих велопутешествиях, и более устойчив к коррозии.
В наличии велосипеды merida с доставкой до вашего региона! Большой выбор. Гарантия лучшей цены!
Из этого алюминия чаще делают байки для:
- фрирайда;
- даунхилла;
- дерта.
За счет пластичности материала, трубы из сплава 6061 имеют стенки переменной толщины, что делает раму боле прочной и одновременно легкой. У производителей гораздо больше свободы при работе с этим сплавом.
7005 – крепкий и долговечный
Рамы из алюминиевого сплава с добавлением цинка считаются более прочными, и служат дольше, чем такие же изделия из алюминия марки 6061. Они надежные и не так быстро накапливают усталость. Это процесс, при котором рама безупречно служит десятилетие, но может сломаться от несильного удара в самый неподходящий момент.
При термической обработке материал охлаждают воздухом. Его усталостная прочность в 1,5 раза выше, чем у сплавов шеститысячной «пробы». Это важно для тех случаев, когда вес велосипедиста выше среднего, он катает интенсивно и регулярно.
Для сваривания рамы из алюминия марки 7005 (который хуже поддается сварке из-за высокого содержания добавок) необходимо оборудование соответствующего класса, а также отработанный процесс. Предоставить такие условия могут далеко не все велобренды. При несоблюдении технологии обработки сплава, на таких рамах уже через 5 лет могут появиться трещины в зоне сварочного шва. Поэтому хороший сплав еще не означает автоматически хорошую раму.
Из этого материала, благодаря его прочности, долговечности и жесткости, изготавливают рамы для хардтейлов, велосипедов для кросс-кантри.
Если говорить о двух рамах, изготовленных из сплавов 7005 и 6061, то разница в крепости будет в большей степени обусловлена формой и толщиной труб, а также конструкцией рамы, чем крепостью самого материала.
При выборе велосипеда обращайте внимание не только на марку алюминия, но и на производителя, его техническую базу и производственный процесс.
6061 Алюминиевый сплав — Ferguson Perforating
6061 представляет собой дисперсионно-твердеющий алюминиевый сплав, содержащий магний и кремний в качестве основных легирующих элементов. Обладает хорошими механическими свойствами и хорошей свариваемостью. Это один из самых распространенных алюминиевых сплавов общего назначения.
Он обычно доступен в предварительно отпущенных сортах, таких как 6061-O (растворенный), 6061-T6 (растворенный и искусственно состаренный), 6061-T651 (эквивалентный T6 в прокате).
Основные свойства
6061 имеет плотность 2,70 г/см³ (0,0975 фунта/дюйм³).
Химический состав
Состав сплава 6061:
- Кремний минимум 0,4%, максимум 0,8% по массе
- Железо нет минимум, максимум 0,7%
- Медь минимум 0,15%, максимум 0,40%
- Марганец нет минимума, максимум 0,15%
- Магний минимум 0,8%, максимум 1,2%
- Хром минимум 0,04%, максимум 0,35%
- Цинк нет минимум, максимум 0,25%
- Титан нет минимума, максимум 0,15%
- Прочие элементы не более 0,05% каждого, всего 0,15%
- Остаток Алюминий
Механические свойства
Механические свойства 6061 сильно зависят от состояния или термической обработки материала.
6061-0
Отожженный сплав 6061 (состояние 6061-0) имеет максимальный предел прочности при растяжении не более 18 000 фунтов на кв. дюйм (125 МПа) и максимальный предел текучести не более 8 000 фунтов на кв. дюйм (55 МПа). Материал имеет удлинение (растяжение до полного разрушения) 25-30%.
6061-T4
Состояние T4 6061 имеет предел прочности при растяжении не менее 30 000 фунтов на кв. дюйм (207 МПа) и предел текучести не менее 16 000 фунтов на кв. дюйм (110 МПа). Он имеет удлинение 16%.
6061-T6
Состояние T6 6061 имеет предел прочности при растяжении не менее 42 000 фунтов на кв. дюйм (290 МПа) и предел текучести не менее 35 000 фунтов на кв. дюйм (241 МПа). При толщине 0,250 дюйма (6,35 мм) или менее удлинение составляет 8% или более; в более толстых секциях он имеет удлинение 10%. Закалка T651 имеет аналогичные механические свойства. Именно из этого сплава была изготовлена знаменитая табличка Pioneer.
Использование
6061 широко используется для изготовления конструкций самолетов, таких как крылья и фюзеляжи, чаще в самодельных самолетах, чем в коммерческих или военных самолетах.
№
6061 используется для строительства яхт, в том числе небольших коммерческих катеров.
6061 обычно используется при изготовлении велосипедных рам и компонентов.
Сварка
6061 хорошо поддается сварке, например, с использованием вольфрамовой сварки в среде инертного газа (TIG) или сварки металлов в среде инертного газа (MIG). Обычно после сварки свойства вблизи сварного шва такие же, как у 6061-0, потеря прочности около 80%. Материал может быть подвергнут повторной термообработке для восстановления состояния -T4 или -T6 для всего изделия.
Профили
6061 также являются сплавом, используемым в производстве профилей — длинных профилей с постоянным поперечным сечением, получаемых путем проталкивания металла через формованную головку.
Поковки
6061 также является сплавом, который обычно используется для горячей штамповки. Заготовка нагревается в индукционной печи и куется методом закрытой штамповки. Автомобильные детали, детали для квадроциклов и промышленные детали — это лишь некоторые из областей применения поковок.
Алюминиевый сплав – общая информация
Введение в алюминий и его сплавы
Алюминий является самым распространенным металлом в мире и третьим по распространенности элементом, составляющим 8% земной коры. Универсальность алюминия делает его наиболее широко используемым металлом после стали.
Хотя соединения алюминия использовались тысячи лет, металлический алюминий впервые был получен около 170 лет назад.
За 100 лет, прошедших с тех пор, как были произведены первые промышленные количества алюминия, мировой спрос на алюминий вырос примерно до 29миллионов тонн в год. Около 22 миллионов тонн – это новый алюминий и 7 миллионов тонн – переработанный алюминиевый лом. Использование переработанного алюминия экономически и экологически выгодно. Для производства 1 тонны нового алюминия требуется 14 000 кВтч. И наоборот, для переплавки и переработки одной тонны алюминия требуется всего 5%. Нет никакой разницы в качестве между первичным и переработанным алюминиевыми сплавами.
Чистый алюминий мягкий, пластичный, устойчивый к коррозии и обладает высокой электропроводностью. Он широко используется для фольги и проводящих кабелей, но для обеспечения более высокой прочности, необходимой для других применений, необходимо легирование другими элементами. Алюминий — один из самых легких инженерных металлов, по соотношению прочности к весу превосходящий сталь.
Благодаря использованию различных комбинаций своих преимущественных свойств, таких как прочность, легкость, коррозионная стойкость, возможность вторичной переработки и формуемость, алюминий используется во все большем количестве областей применения. Ассортимент продукции варьируется от конструкционных материалов до тонкой упаковочной пленки.
Свойства
Основные преимущества использования алюминия напрямую связаны с его замечательными свойствами. Некоторые из этих свойств описаны в следующих разделах.
Отношение прочности к весу
Алюминий имеет плотность примерно в три раза меньше плотности стали и преимущественно используется в тех случаях, когда требуется высокая прочность и малый вес.
Сюда входят автомобили, в которых малая масса обеспечивает большую грузоподъемность и сниженный расход топлива.
Коррозионная стойкость
Когда поверхность металлического алюминия подвергается воздействию воздуха, почти мгновенно образуется защитное оксидное покрытие. Этот оксидный слой устойчив к коррозии и может быть дополнительно улучшен с помощью обработки поверхности, такой как анодирование.
Электрическая и теплопроводность
Алюминий является отличным проводником тепла и электричества. Большим преимуществом алюминия является то, что проводимость алюминия по весу примерно в два раза выше, чем у меди. Это означает, что алюминий в настоящее время является наиболее часто используемым материалом в крупных линиях электропередачи.
Наилучшей альтернативой меди являются алюминиевые сплавы серий 1000 или 6000. Они могут быть использованы для всех приложений электропроводности, включая бытовую проводку.
Соображения по поводу веса означают, что большая часть воздушных высоковольтных линий электропередач теперь использует алюминий, а не медь. Однако они имеют низкую прочность и должны быть усилены оцинкованной или покрытой алюминием высокопрочной стальной проволокой в каждой пряди.
Свето- и теплоотражающая способность
Алюминий является хорошим отражателем как видимого света, так и тепла, что делает его идеальным материалом для осветительных приборов, тепловых спасательных одеял и архитектурной изоляции.
Токсичность
Алюминий не только не токсичен, но и не выделяет никаких запахов или вредных веществ при контакте с ним. Это делает алюминий пригодным для использования в упаковке чувствительных продуктов, таких как продукты питания или фармацевтические препараты, где используется алюминиевая фольга.
Переработка
Возможность вторичной переработки алюминия не имеет себе равных. При вторичной переработке не происходит ухудшения свойств по сравнению с первичным алюминием.
Кроме того, переработка алюминия требует всего около 5 процентов энергии, необходимой для производства первичного металлического алюминия.
Сочетание двух замечательных свойств алюминия делает необходимость вторичной переработки металла очевидной. Этим первым из этих факторов является то, что нет никакой разницы между первичным и переработанным алюминием. Второй фактор заключается в том, что переработанный алюминий использует только 5% энергии, необходимой для производства первичного материала.
В настоящее время около 60% металлического алюминия перерабатывается в конце своего жизненного цикла, но этот процент еще можно значительно улучшить.
Производство алюминия
Производство алюминия
Алюминий извлекают из основной руды, бокситов. Значительные месторождения бокситов находятся по всей Австралии, Карибскому бассейну, Африке, Китаю и Южной Америке. Для добычи бокситов обычно используются открытые методы.
Бокситы очищают по методу Байера.
Этот процесс включает растворение тригидрата алюминия с получением оксида алюминия, а также оксидов железа и титана. Оксиды железа и титана являются побочными продуктами процесса и часто называются «красным шламом». Красный шлам необходимо утилизировать с особым вниманием к экологическим проблемам.
Для производства одной тонны глинозема требуется приблизительно две тонны бокситов.
Плавка
Извлечение алюминия из глинозема достигается с помощью электролитического процесса. Используется ячейка или горшок, состоящий из стальной оболочки с футеровкой из углеродистой стали. Эта оболочка образует катод. Расходуемый угольный анод подвешен в жидком криолите (фторид натрия-алюминия), выдержанном внутри электролизера при температуре 950°C. Глинозем растворяют в криолите, пропуская через котел низкое напряжение при высокой силе тока. В результате на катоде осаждается чистый алюминий.
Соображения по охране окружающей среды
Алюминиевая промышленность очень внимательно относится к воздействию своей деятельности на окружающую среду.
Добыча и выплавка алюминия, а также утилизация красного шлама могут оказать серьезное воздействие на окружающую среду, если не будут осуществляться должным образом.
Промышленность гордится своими усилиями и достижениями в реабилитации участков открытых разработок и восстановлении флоры и фауны на этих участках. Такие усилия были отмечены наградами Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, и в настоящее время успешно восстанавливается растительность на участках захоронения красного шлама.
Экологические требования к выбросам из электролизера выполняются за счет использования специальной системы очистки.
Области применения
Свойства различных алюминиевых сплавов привели к тому, что алюминий используется в таких различных отраслях, как транспорт, приготовление пищи, производство энергии, упаковка, архитектура и передача электроэнергии.
В зависимости от применения алюминий может использоваться для замены других материалов, таких как медь, сталь, цинк, жесть, нержавеющая сталь, титан, дерево, бумага, бетон и композиты.
Некоторые примеры областей, где используется алюминий, приведены в следующих разделах
Упаковка
Стойкость к коррозии и защита от УФ-излучения в сочетании с защитой от влаги и запаха, а также тот факт, что алюминий нетоксичен и не выщелачивается или испортить продукты привели к широкому использованию алюминиевой фольги и листа в упаковке и защите пищевых продуктов.
Алюминий чаще всего используется для упаковки в алюминиевых банках для напитков. Алюминиевые банки в настоящее время составляют около 15% мирового потребления алюминия.
Транспорт
После первых дней пилотируемых полетов превосходное соотношение прочности и веса алюминия сделало его основным материалом для изготовления самолетов.
Те же самые свойства алюминия означают, что различные сплавы теперь также используются в пассажирских и грузовых железнодорожных вагонах, грузовых автомобилях, военных транспортных средствах, кораблях и лодках, автобусах, велосипедах и все чаще в автомобилях.
Экологичность алюминия в отношении коррозионной стойкости и возможности вторичной переработки способствовала недавнему увеличению спроса на алюминиевые компоненты автомобилей.
Морское применение
Алюминиевые листы и профили широко используются для надстроек судов. Использование этих материалов позволяет проектировщикам увеличить вышеуказанный размер по ватерлинии судна, не создавая проблем с остойчивостью. Преимущество алюминия в весе позволило морским архитекторам повысить производительность за счет доступной мощности за счет использования алюминия в корпусах судов на воздушной подушке, быстрых многокорпусных катамаранах и глиссирующих судах.
Меньший вес и более длительный срок службы привели к тому, что алюминий стал признанным материалом для вертолетных площадок и опорных конструкций вертолетных площадок на морских нефтяных и газовых буровых установках. Те же причины привели к широкому использованию алюминия в лестничных башнях нефтяных вышек и телескопических мостах для персонала.
Строительство и архитектура
Применение алюминия в строительстве охватывает широкий спектр областей применения. Области применения включают кровлю, изоляцию из фольги, окна, облицовку, двери, фасады магазинов, балюстрады, архитектурную фурнитуру и водосточные желоба.
Алюминий также широко используется в виде накладок на пороги и промышленных полов.
Фольга
Алюминий производится в коммерческой фольге толщиной 0,0065 мм (или 6,5 мкм). Материал толще 0,2 мм называется листовым или полосовым.
Алюминиевая фольга непроницаема для света, газов, масел и жиров, летучих соединений и паров воды. Эти свойства в сочетании с высокой формуемостью, термо- и морозостойкостью, нетоксичностью, прочностью и отражательной способностью к теплу и свету означают, что алюминиевая фольга используется во многих областях. Эти приложения включают в себя:
~ Фармацевтическая упаковка
~ Защита пищевых продуктов и упаковка
~ Изоляция
~ Электрическое экранирование
~ Ламинаты
Другие применения
Приблизительно % ежегодно потребляемого алюминия5.