Сплавы алюминия список: Наиболее распространенные алюминиевые сплавы

Содержание

Сплавы алюминия: выбор и применение

Сплавы на основе алюминия

Термины и определения

Алюминиевый сплав – сплав на основе алюминия – это алюминий, который [1]:

  • содержит один или более легирующих элементов, а также некоторые примеси;
  • алюминий преобладает по массе по каждому из других химических элементов;
  • содержание алюминия не превышает 99,00 %.

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:

  • кремний (Si),
  • магний (Mg),
  • марганец (Mn),
  • медь (Cu) и
  • цинк (Zn).

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:

  • по методу обработки – литейные и деформируемые
  • по механизму упрочнения – термически упрочняемые и деформационно упрочняемые
  • по основным легирующим элементам

Две категории: литейные и деформируемые

Две категории алюминиевых сплавов

  • литейные
  • деформируемые

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:

  • прокаткой – для получения листов и фольги;
  • прессованием – для получения профилей, труб и прутков;
  • формовкой – для получения более сложных форм из катанных или прессованных полуфабрикатов;
  • ковкой для получения сложных форм с повышенными механическими свойствами,
    а также:
  • волочением, штамповкой, высадкой, вытяжкой, раскаткой, раздачей, гибкой и т. п.

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
  • деформационно упрочняемые (нагартовываемые)
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

  • Все алюминиевые сплавы – и деформируемые , и литейные – подразделяются на серии по главным легирующим элементам.
  • Каждая серия алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных, включают одну, две или три различных системы легирования.
  • Система легирования может включать только главный легирующий элемент (выделены ниже жирным шрифтом) или еще дополнительно один или более легирующих элементов.
Серии деформируемых сплавов
  • 2ххх – Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Cu-Li
  • 3xxx – Al-Mn
  • 4xxx – Al-Si
  • 5xxx – Al-Mg
  • 6xxx – Al-Mg-Si
  • 7xxx – Al-Zn, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu
  • 8xxx – Al-Fe, Al-Fe-Ni, Al-Li-Cu-Mg
Серии литейных сплавов
  • 2xx – Al-Cu, Al-Cu-Ni-Mg, Al-Cu-Si,
  • 3xx – Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Mg
  • 4xx – Al-Si
  • 5xx – Al-Mg
  • 7xx – Al-Zn
  • 8xx – Al-Sn

Алюминиевые сплавы в конструкциях

Рейтинг прочности алюминиевых сплавов

Нелегированный алюминий имеет предел прочности на растяжение около 90 МПа. Однако, небольшими добавками легирующих элементов, таких, как медь, магний, марганец, кремний, цинк, не большого количества некоторых других элементов получают алюминиевые сплавы.

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

 

Алюминиевые сплавы: маркировка, свойства, классификация

Алюминиевые сплавы популярны в различных сферах. Металл и смеси на его основе входят в топ-5 самых распространённых на земле. При изготовлении деталей, проводов или корпусов из этого материала важно понимать, какие виды сплавов алюминия существуют и как они классифицируются.

Алюминиевые сплавыАлюминиевые сплавыАлюминиевые сплавы

Характеристика алюминия

Чтобы понимать, какие свойства имеют сплавы алюминия, нужно знать характеристики основного материала. Он представляет собой лёгкий и блестящий металл. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество благодаря чему из него изготавливают провода и различные радиодетали. Из-за низкой температуры плавления его не используют в сильно нагревающихся конструкциях.

Сверху алюминий защищён оксидной плёнкой, которая защищает материал от разрушительного воздействия факторов окружающей среды. В природе этот металл содержится в составе горных пород. Чтобы улучшить характеристики алюминия, к нему добавляют другие материалы и получаются более качественные смеси.

Состав алюминия и его сплавов обуславливает характеристики готовых изделий. Чаще всего, к этому металлу добавляют медь, марганец и магний.

Температура плавления алюминия — 660 градусов по Цельсию. По сравнению с другими металлами это низкий показатель, который ограничивает область применения металла. Чтобы повысить его жаростойкость, к нему добавляют железо. Дополнительно в состав сплава добавляется марганец и магний. Эти компоненты повышают прочность готового состава. В итоге получается сплав известный под названием «дюралюминий».

Отдельно нужно поговорить о том, как магний влияет на характеристики сплава:

  1. Алюминиевый сплав с большим количеством магния будет обладать высоким показателем прочности. Однако его коррозийная устойчивость значительно снизится.
  2. Оптимальное количество магния в составе — 6%. Таким образом можно избежать покрытия поверхностей ржавчиной и появления трещин при активной эксплуатации.

Смесь марганца с алюминием позволяет получить материал, который невозможно обрабатывать термическим методом. Закалка не будет изменять структуру металла и его характеристики.

Чтобы добиться максимальных показателей прочности не в убыток коррозийной устойчивости, изготавливаются смеси из алюминия, цинка и магния. Особенности сплава:

  1. Повысить показатель прочности можно с помощью термической обработки.
  2. Нельзя пропускать через заготовки из этой смеси электричество. Связано это с тем, что после пропускания тока ухудшится устойчивость к коррозийным процессам.
  3. Чтобы повысить устойчивость к образованию и развитию коррозии, в алюминиевый сплав добавляется медь.

Также к основному материалу может добавляться железо, титан или кремний. От новых компонентов изменяется температура плавления, показатель прочности, текучесть, пластичность, электропроводность и коррозийная устойчивость.

Плавление алюминияПлавление алюминияПлавление алюминия

Производство алюминия

В природе алюминий можно найти в составе горных пород. Самой насыщенной считается боксит. Производство этого металла можно разделить на несколько этапов:

  1. В первую очередь руда дробится и сушится.
  2. Получившаяся масса нагревается над паром.
  3. Обработанная смесь пересыпается в щелочь. Во время этого процесса из неё выделяются оксиды алюминия.
  4. Состав тщательно перемешивается.
  5. Далее получившийся глинозем подвергается действию электрического тока. Его сила доходит до 400 кА.

Последним этапом является отливка алюминия в формы. В этот момент в состав могут добавляться различные компоненты, которые изменяют его характеристики.

Особенности классификации сплавов

Сплавы на основе алюминия позволяют эффективнее использовать основной материал и расширить сферу его применения. Для изменения характеристик используются различные виды металлов. Редко добавляется железо или титан.

Сплавы алюминия разделяются на две большие группы:

  1. Литейные. Текучесть улучшается с помощью добавления в состав кремния. Расплавленный металл заливается в заранее подготовленные формы.
  2. Деформируемые. Из этих смесей изначально изготавливают слитки, после этого с помощью специального оборудования им придаётся требуемая форма.

В отдельную группу выделяется технический алюминий. Он представляет собой материал, в котором сдержится менее 1% посторонних примесей и компонентов. Из-за этого на поверхности металла образуется оксидная плёнка, которая защищает его от воздействия факторов окружающей среды. Однако показатель прочности у технического металла низкий.

Обрабатывают слитки разными методами. Это зависит от того, какую форму необходимо получить после обработки. Технологические процессы:

  1. Прокатка. Метод применяется при изготовлении фольги и цельных листов.
  2. Ковка. Технологический процесс, с помощью которого изготавливаются детали сложной формы.
  3. Формовка. Также применяется для изготовления заготовок сложной формы.
  4. Прессование. Таким образом изготавливаются трубы, профиля и прутья.

Дополнительно, чтобы улучшились характеристики, металл подвергается термической обработке.

Профиля из сплава алюминияПрофиля из сплава алюминияСпрессованные профиля из алюминиевого сплава

Марки алюминия и алюминиевых сплавов

Сплавы алюминия обозначаются по ГОСТ 4784-97. В государственном документе указывается маркировка алюминиевых сплавов, состоящая из букв и цифр. Расшифровка:

  1. Д — этой буквой обозначается дюралюминий.
  2. АК — маркировка алюминиевых сплавов, обработанных в процессе ковки.
  3. А — обозначается технический материал.
  4. АВ — авиаль.
  5. АЛ — обозначение литейного металла.
  6. АМц — марки алюминия с добавлением марганца.
  7. В — сплав с высоким показателем прочности.
  8. САП — порошки, спеченные в подготовленных формах.
  9. АМг — смеси с добавлением магния.
  10. САС — сплавы спеченные.

После буквенного обозначения указывается номер, который указывает на марку алюминия. После цифр указывается буква. Почитать детальную расшифровку цифр можно в ГОСТе.

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Работая с этим металлом и смесями на его основе, важно знать свойства алюминиевых сплавов. От этого будет зависеть область применения материала и его характеристики. Классификация алюминиевых сплавов приведена выше. Ниже будут описаны самые популярные виды сплавов и их свойства.

Алюминиево-магниевые сплавы

Сплавы алюминия с магнием обладают высоким показателем прочности и хорошо поддаются сварке. Дополнительного компонента в состав не добавляют более 6%. В противном случае ухудшается устойчивость материала к коррозийным процессам. Чтобы дополнительно увеличить показатель прочности без ущерба защите от коррозии, алюминиевые сплавы разбавляются марганцем, ванадием, хромом или кремнием. От каждого процента магния, добавленного в состав, показатель прочности изменяется на 30 Мпа.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Чтобы увеличить показатель коррозийной устойчивости, алюминиевый сплав разбавляется марганцем. Этот компонент дополнительно увеличивает прочность изделия и показатель свариваемости. Компоненты, которые могут добавляться в такие составы — железо и кремний.

Сплавы с алюминием, медью и кремнием

Второе название этого материала — алькусин. Марки алюминия с добавлением меди и кремния идут на производство деталей для промышленного оборудования. Благодаря высоким техническим характеристикам они выдерживают постоянные нагрузки.

Алюминиево-медные сплавы

Смеси меди с алюминием по техническим характеристикам можно сравнить с низкоуглеродистыми сталями. Главный минус этого материала — подверженность к развитию коррозийных процессов. На детали наносится защитное покрытие, которое сохраняет их от воздействия факторов окружающей среды. Состав алюминия и меди улучшают с помощью легирующий добавок. Ими является марганец, железо, магний и кремний.

Алюминиево-медные сплавыАлюминиево-медные сплавыАлюминиево-медные сплавы

Алюминиево-кремниевые сплавы

Называются такие смеси силумином. Дополнительно эти сплавы улучшаются с помощью натрия и лития. Чаще всего, силумин используется для изготовления декоративных изделий.

Сплавы с алюминием, цинком и магнием

Сплавы на основе алюминия, в которые добавляется магний и цинк, легко обрабатываются и имеют высокий показатель прочности. Увеличить характеристики материала можно проведя термическую обработку. Недостаток смеси трёх металлов — низкая коррозийная устойчивость. Исправить этот недостаток можно с помощью легирующей медной примеси.

Авиаль

В состав этих сплавов входит алюминий, магний и кремний. Отличительные особенности — высокий показатель пластичности, хорошая устойчивость к коррозийным процессам.

Сферы применения алюминиевых сплавов

Сферы применения алюминия и его сплавов:

  1. Столовые приборы. Посуда из алюминия, вилки, ложки и емкости для хранения жидкостей популярны до сих пор.
  2. Пищевая промышленность. Этот металл используется в качестве добавки к пище. Его обозначение в составе продуктов — E Он является пищевой добавкой с помощью которой красят кондитерские изделия или защищают продукты от плесени.
  3. Ракетостроение. Алюминий используется при изготовлении топлива для запуска ракет.
  4. Военная промышленность. Приемлемая цена и малая удельная масса сделала этот металл популярным при производстве деталей для стрелкового оружия.
  5. Стекловарение. Этот материал используется при изготовлении зеркал. Связано это с его высоким коэффициентом отражения.
  6. Ювелирные изделия. Раньше украшения из алюминия были очень популярны. Однако постепенно его вытеснило серебро и золото.

Благодаря высокому показателю электропроводности этот металл используется для изготовления проводов и радиодеталей. В плане проводимости электрического тока, алюминий уступает только меди и серебру.

Нельзя забывать про небольшую удельную массу материала. Алюминий считается одним из самых лёгких видов металла. Благодаря этому он используется для изготовления корпусов для самолётов и машин. Углубляясь в эту тему, можно сказать о том, что весь самолёт состоит минимум на 50% из этого металла.

Также этот металл содержится в организме человека. Если этого компонента не хватает, замедляются процессы роста и регенерации тканей. Человек чувствует усталость, могут появляться мышечные боли и повышенная сонливость. Однако чаще возникают ситуации, когда этого компонента больше нормы в организме. Из-за этого человек становится раздражительным и нервным. В случае переизбытка требуется отказаться от косметики с добавлением алюминия и медицинских препаратов с его содержанием в составе.


Смеси с алюминием распространены в разных сферах промышленности. Связано это с тем, что этот металл входит в топ-5 самых распространённых в мире. В природе он содержится в различных рудах. На производстве слабые показатели этого металла увеличиваются с помощью добавления других компонентов. Так можно поднять устойчивость к коррозийным процессам, прочность, температуру плавления.
Алюминиевые сплавы (литейные, деформируемые): применение, свойства, марки

Среди всех сплавов своими эксплуатационными качествами выделяются алюминиевые. Их применяют при производстве летательных аппаратов, возведении домов, выпуске наземного транспорта и морских судов. При этом выделяют довольно много недостатков, которыми обладают алюминиевые сплавы: мягкость, не очень высокая прочный, относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Однако всего несколько основных положительных качеств определяет широкое распространение алюминиевых сплавов в самых различных областях промышленности. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Алюминиевые сплавыАлюминиевые сплавы Алюминиевые сплавы

Характеристики алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия могут обладать самыми различными характеристиками, так как при их получении проводится смешивание различных примесей. Именно поэтому рассматривая механические свойства алюминиевых сплавов следует уделить внимание тому, какие именно элементы входят в состав.

Для начала отметим классификацию материалов, которые получаются при соединении меди и алюминия. Они делятся на три основные группы:

  1. Действующие элементы медь и алюминий.
  2. Действующие элементы медь, магний и алюминий.
  3. Сочетание меди, алюминия и магния с добавлением легирующих элементов (в основном марганца).

Последняя группа сегодня получила довольно большое распространение, так как температура плавления алюминиевых сплавов, входящих в нее, довольно высока. Сплавы последней группы называют дюралюминием.

Слитки из алюминиевых сплавовСлитки из алюминиевых сплавов
Слитки из алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавыАлюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы

Рассматривая дюралюминий уделим внимание нижеприведенным моментам:

  1. В состав данного сплава входят железо и кремний. В большинстве случаев подобные легирующие элементы воспринимаются как вещества, ухудшающие эксплуатационные качества. В данном случае железо способствует повышению жаростойкости, а кремний позволяет с высокой эффективностью провести старение.
  2. Входящие в состав магний и марганец повышают прочность. За счет их включения в состав стало возможно использовать дюралюминий при производстве обшивочных листов для высокоскоростных поездов и летательных аппаратов или самолетов.

Часто встречается сплав, представляющий собой сочетание алюминия и магния. Технические характеристики подобного алюминиевого сплава зависят от того, сколько магния в составе.

Среди основных особенностей можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. С увеличением концентрации магния повышается прочность, но уменьшается коррозионная стойкость.
  2. Прирост магния на 1% приводит к повышению прочности примерно на 30 000 Па.
  3. В большинстве сплавов не более 6% магния. Это связано с тем, что слишком большая концентрация станет причиной покрытия всей поверхности коррозией. Также большая концентрация марганца становится причиной неоднородности структуры, неравномерная нагрузка может стать причиной появления трещины или другой деформации.

Сочетание алюминия с марганцем практически не подвергают термической обработке. Это связано с тем, что даже при соблюдении условий проведения закалки существенно изменить эксплуатационные качества сплава не получится. Плотность алюминиевого сплава может колебаться в достаточно большом диапазоне: от 2 до 4 грамм на кубический сантиметр.

Рассматривая слав, прочность которого имеет рекордные показатели, следует уделить внимание сплаву алюминия с цинком и магнием. При применении современных технологий производства можно добиться качеств, которые будут характерны для титана. Среди особенностей подобного сплава отметим:

  1. Термическая обработка становится причиной растворения цинка, за счет чего предел прочности алюминиевого сплава возрастает в несколько раз.
  2. Применять подобный материал в электрической промышленности нельзя, так как прохождение электричества становится причиной существенного снижения коррозионной стойкости.
  3. Коррозионная стойкость в некоторых случаях повышается путем добавления меди, но все же она становится низкой.

В литейной промышленности весьма большое распространение получили алюминиевые сплавы, которые в своем составе имеют кремний. Тот момент, что при термической обработке кремний отлично растворяется в алюминии, позволяет использовать металл при фасонном или формовочном литье. Получаемые изделия хорошо обрабатываются резанием, а также обладают повышенной плотностью.

Очень редко встречаются смеси алюминия и железа, а также никеля. Это связано с тем, что подобные элементы зачастую применяются исключительно как легирующие вещества.

Примером можно назвать то, что железо добавляется в состав для упрощения процесса отделения детали от формы. В состав могут добавляться титан, который существенно повышает показатель прочности.

Подводя итоги по характеристикам алюминиевых сплавов можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Предел текучести может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
  2. Температура плавления алюминия может изменяться в зависимости от того, какие применялись легирующие вещества.
  3. Прочность материала можно существенно повысить.
  4. Некоторые легирующие элементы снижают коррозионную стойкость, улучшая другие эксплуатационные качества. Именно поэтому проводится покрытие поверхности защитными веществами.

Из-за легкости и прочности, а также относительно высокой коррозионной стойкости алюминиевые сплавы получили достаточно широкое применение. Альтернативных материалов, которые обладают подобными свойствами и низкой стоимостью, практически нет.

Сферы применения

Алюминий и алюминиевые сплавы получили самое широкое применение, что связано с основными эксплуатационными качествами. Их применение во многом зависит от состава. Примером назовем следующие моменты:

  1. Изначально сплавы стали применяться при изготовлении элементов дирижаблей или самолетов, что связано с легкостью и прочностью.
  2. Сегодня за счет того, что состав определяет плавление при достаточно высоких температурах, сплавы стали применять при изготовлении скоростных поездов. Для снижения их веса применяется алюминиевые сплавы. При движении на большой скорости поверхность нагревается, но при этом не деформируется.
  3. Машиностроительная, пищевая и легкая промышленность, сфера производства бытовой техничек и электроники – применение алюминиевого сплава весьма обширно.
Алюминиевый прокатАлюминиевый прокат

Алюминиевый прокат

Столь обширная сфера применения определена также тем, что процесс производства сплава весьма прост, получаемый материал не имеет высокой стоимости, а эксплуатационные качества могут быть изменены путем добавления различных легирующих элементов.

Классификация

Рассматривая виды алюминиевых сплавов следует отметить, что они могут классифицироваться по достаточно большому количеству признаков. Классификация алюминия его сплавов по типу вспомогательных элементов подразумевает выделение следующих основных групп:

  1. С добавлением присадок. В качестве присадки применяется просто огромное количество различных веществ, к примеру, магний, цинк, хром, кремний и другие.
  2. С добавлением интреметаллидов. Эту группу можно охарактеризовать добавлением соединением нескольких металлов, к примеру, меди и магния, лития и магния.

Специальные алюминиевые сплавы могут состоять из огромного количества элементов. Их добавление проводится для придания материалу особых эксплуатационных качеств.

В зависимости от выбранного метода металлообработки можно выделить:

  1. Деформируемые сплавы – твердые, из-за повышенной пластичности могут подвергаться обработки путем прессования или ковки. Для повышения эксплуатационных качеств может проводится дополнительная обработка.
  2. Литейные поступают на производство в жидком виде. Подобный материал легко поддается резке после отвердевания. Пример применения литейного сплава — изготовление корпусных деталей различной формы.

По степени прочности можно выделить несколько групп:

  1. Сверхпрочные.
  2. Среднепрочные.
  3. Малопрочные.

Кроме этого в отдельную группу принято выделять дуралюмины, которые обладают особыми эксплуатационными качествами.

Легкий алюминиевый сплав может иметь достаточно большое количество различных примесей. При этом химический состав отражается на маркировке.

Деформируемые алюминиевые сплавы

Довольно большое распространение деформируемых алюминиевых сплавов можно связать с тем, что при их применении процесс производства различных изделий существенно упрощается. Область применения следующая:

  1. Прокат.
  2. Штамповка.
  3. Ковка.
  4. Прессовка.
  5. Экструзия.
Деформируемые алюминиевые сплавыДеформируемые алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы

В результате получаются различные заготовки или уже практически готовые детали с исключительными эксплуатационными качествами. После получения требующейся формы проводится отжиг, закалка или старение, которые позволяют существенно повысить показатель прочности.  Данный типа алюминия применяют для получения труб, листа или профиля.

Литейные алюминиевые сплавы

Технологии получения деталей и заготовок путем литья применяются на протяжении многих лет. Они хороши тем, что позволяют получать самые различные формы, которые могут иметь сложные поверхности. Сплавы на основе алюминия могут переходить в текучее состояние при более низких температурах, чем другие металлы. Именно поэтому процесс изготовления различных деталей существенно упрощается.

Среди других особенностей материала данной группы отметим:

  1. После формирования устойчивой кристаллической решетки полученную поверхность достаточно легко подвергать механической обработке.
  2. Получаемые заготовки рассматриваемым методом также хорошо поддаются обработке методом давления.

Литейные алюминиевые сплавы получили весьма широкое применение в различных отраслях промышленности, особенно тех, в которых нужно получать сложные корпусные детали. За счет литья по форме существенно упрощается дальнейшая механическая обработка.

Литейные алюминиевые сплавыЛитейные алюминиевые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы

Основные требования, предъявляемые к литейным алюминиевым сплавом – сочетание хороших литейных свойств и оптимальных физико-механических качеств. Данную группу можно разделить на:

  1. Конструкционные герметичные. Этот тип материала характеризуется высокими литейными качествами, а также удовлетворительной коррозионной стойкостью и механической обрабатываемостью. Как правило, получаемые заготовки и изделия в дальнейшем не подвергаются термической обработке для повышения эксплуатационных качеств. Для изготовления средних и крупных деталей, которые зачастую представлены корпусами, достаточно часто проводится легирование состава.
  2. Высокопрочные и жаропрочные. Довольно часто подобный состав дополнительно легируется титаном, за счет чего обеспечиваются высокие эксплуатационные качества. Жаропрочность выдерживается в пределах 350 градусов Цельсия. Для упрочнения состава проводится закалка на протяжении достаточно длительного периода. Довольно часто подобный сплав применяется при получении крупногабаритных заготовок самого различного предназначения.
  3. Коррозионностойкие составы характеризуются тем, что обладают высокой коррозионной стойкостью при эксплуатации в самых различных агрессивных средах. Структура хорошо подается обработке методом резания и сваривания. Однако стоит учитывать относительно невысокие литейные свойства.

Последняя разновидность алюминиевых сплавов достаточно часто применяется при изготовлении деталей, которые будут эксплуатироваться при воздействии морской воды.

Принципы маркировки

Довольно большое количество сложностей возникает с определением марки материала. Маркировка алюминиевых сплавов проводится так, чтобы их можно было просто определить. Как правило, каждому составу присваивается свой номер, который может состоять из цифр и букв.

Среди особенностей маркировки можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Начинается маркировка с одной или нескольких букв, которые указывают на состав.
  2. Кроме этого марки имеют цифровой порядковый номер.
  3. В конце обозначения также может указываться цифра, которая указывает на особенности проведенной термической или иной обработки.

Разберем применяемые правила обозначений на конкретном примере сплава Д17П. Первая буква указывает на то, какой именно состав. В данном случае это дюралюминий. Все дюралюминии имеют определенный химический состав, однако концентрация основных элементов может существенно отличаться. Поэтому число 17 – порядковый номер, указывающий на конкретный материал (то есть с определенными качествами). В конце есть буква, которая применяется для обозначения полунагартованного сплава. Данный метод обработки предусматривает воздействие давления без предварительного нагрева сплава, а значит прочность будет вполовину меньше максимального значения.

В заключение отметим, что каждый состав обладает своими особыми физико-механическими качествами. Данные свойства определяют то, куда именно будет направлен материал для изготовления деталей или дальнейшей обработки. Наиболее важными свойствами принято считать пластичность, теплопроводность, электрическую проводимость и другие. Немаловажным фактором также является то, насколько качественно было проведено изготовление материала. Применение современных технологий позволяет с высокой точностью контролировать концентрацию тех или иных элементов, исключает вероятность появления различных дефектов. В большинстве случаев производство проводится в соответствии с ГОСТ и другими мировыми стандартами.

Алюминиевые сплавы: свойства, классификация, маркировка

Алюминиевые сплавы используются для изготовления разных предметов. Чистый металл не имеет достаточной механической прочности, устойчивости к коррозии. Поэтому металл непригоден для решения простейших бытовых задач. Комбинация с легирующими элементами позволяет получить вещество с другими свойствами.

Используются технологии, которые помогают повысить прочность, твердость, устойчивость к высокой температуре и коррозии. Некоторые добавки помогают уменьшить электропроводность, повысить плотность. Марганец и магний не влияют на эти характеристики.

Физические параметры алюминиевых сплавов

Перечислим физические свойства нескольких сплавов на основе алюминия:

  • Соединение АД1 – технически чистое вещество, в котором присутствует 0,7% примесей. Добавки увеличивают устойчивость к воздействию внешних факторов, уменьшают пластичность и электропроводность вещества. Технический алюминий устойчив к химическому воздействию, превосходит по этим параметрам другие вещества. На поверхности материала присутствует тонкая оксидная прослойка. Низкое содержание примесей положительно воздействует на устойчивость к коррозии. Магний и марганец не изменяют эти свойства. Правка методом растяжения – заключительная процедура обработки детали из вещества марки АД1. Для этого используются роликоправильные машины. Марганец и магний помогают создавать крепкие детали, но уменьшает их пластичность.
  • Марка АМц устойчива к коррозии. Детали прекрасно поддаются обработке газовой, аргонной, атомно-водородной и контактной сваркой. Материал прекрасно деформируется при любой температуре. После термообработки прочность не повышается. Изготавливаются детали в отожженном или горячем прессованном виде.
  • AMr3, Amr2. Такие соединения не ржавеют, хорошо подвергаются обработке точечной, газовой, роликовой сваркой. После горячей деформации охладить сплав алюминия можно на воздухе. После термообработки характеристики прочности не повышаются. При изготовлении деталей используют два режима термообработки: низкий 273-350 градусов и высокий 360-420 градусов.
  • АД31 отличается пластичностью, хорошей устойчивостью к окислению. После сварки материал не становится более подверженным ржавчине. Прочность повышается после термообработки.

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Виды алюминиевых сплавов

Алюминий, а также сплавы на его основе создаются из металлической руды, которая делится на несколько видов:

  • Первичная.
  • Техническая.
  • Литейная.
  • Деформируемая.
  • Антифрикционная.

По методу использования вещества делятся на деформируемые и литейные. Деформированные отличаются повышенной пластичностью после термообработки. Литейные могут хорошо заполнять формы для отливки.

Пластичные вещества отличаются устойчивостью к коррозии, хорошей свариваемостью. Прочность сплава из алюминия зависит от количества используемой меди. Если добавляется 6% вещества для легирования, устойчивость к механическим воздействиям увеличиваются приблизительно на 30 МПа, текучесть повышается на 20 МПа.

Показатель относительного удлинения немного снижается в таких условиях, но не превышает пределы 35%. Если количество магния превышает 6%, структура материала становится нестабильной, уменьшается устойчивость к коррозии. Чтобы улучшить характеристики, в соединение добавляют такие элементы:

  • Марганец.
  • Кремний.
  • Хром
  • Титан.
  • Ванадий.

Добавление меди и железа плохо сказываются на состоянии алюминиево-магниевых соединений. Показатель свариваемости и стойкости к воздействию ржавчины ухудшается.

Добавление марганца позволяет повышать пластичность. Для создания мелкозернистой структуры проводится легирование с помощью титана. Чтобы состояние вещества было стабильным, добавляется марганец. Кремний и железо являются главными примесями марганцевых соединений.

Добавки из алюминия, меди, кремния применяются при производстве втулочных подшипников, блоков цилиндров. Из-за твердой поверхности приработка требует продолжительных усилий.

После легирования медью повышается термостойкость. Даже низкоуглеродистая сталь не так устойчива к температурному воздействию. Такой продукт неустойчив к воздействию коррозии, поэтому требует обработки и полимеризации. Алюминиево-медное соединение модифицируется с помощью таких материалов:

  • Кремний.
  • Магний.
  • Марганец.
  • Железо.

Магний сильно повышает прочность металла, придаёт текучесть. Жаропрочность соединения увеличивается после добавления никеля и железа. Стимулируется процесс искусственного старения.

Добавление кремния помогает получить вещество, которое называется силумином. Качественные характеристики соединения повышаются небольшим количеством натрия и никеля. Такие материалы используются для декоративного литья, производства корпусов механизмов и деталей бытовой техники. Они применяются в таких отраслях, благодаря хорошим литейным характеристикам.

Выплавка

Алюминий, магний и цинк удобно обрабатывать, такой материал отличается устойчивостью к механическим воздействиям. Эти характеристики обеспечивает хорошая растворимость цинка и магния. Под воздействием холода такое свойство заметно снижается. Материал неустойчив к коррозии, поэтому требуется дополнительное легирование с помощью меди.

Марки алюминиевых сплавов

Различают три вида маркировки:

  • Буквенно-цифровая.
  • Обычная цифровая.
  • Международный вариант.

Основной материал в сплаве на основе алюминия отмечается первой цифрой в соответствии с ГОСТом. Второе числовое обозначение определяет легирующую систему, которая использовалась. Дополнительные символы указывают на разновидность модификации.

Что такое алюминиевый сплав?

Материал добывают из бокситовой руды. Залежи такой породы есть в России, Америке, Франции и других странах. Алюминий и некоторые его сплавы отличаются мягкостью, устойчивостью к коррозии. Температура плавления составляет примерно 700 градусов. Плотность 2,7 г на кв. см. Вещество прекрасно проводит электричество и тепло, взаимодействует с кислородом. Показатель упругости – 7000 Мпа, прочность – 150 МПа. При использовании некоторых добавок понижается устойчивость к коррозии. Это происходит по причине повреждения оксидной пленки.

Алюминий и его сплавы | Учебные материалы

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, порядковый номер в Периодической системе Д.И. Менделеева — 13, атомный вес 26,97. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а = 4,0414 Å, атомный радиус 1,43 Å. Плотность — 2,7 г/см3, температура плавления 660 0С. Имеет высокую тепло- и электропроводность. Удельное электросопротивление 0,027 мкОм×м. Предел прочности sв = 100 МПа, относительное сужение y = 40 %.

В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты А999 (99,999 % Аl), высокой чистоты: А995,А99, А97, А95 и технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5 (99,5 % Аl), АО (99,0 % Аl).

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие образования на его поверхности тонкой прочной пленки Аl2О3. Алюминий легко обрабатывается давлением, обработка резанием затруднена, сваривается всеми видами сварки.

Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от металла требуется легкость, высокая электропроводность. Из него изготовляют трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду теплообменники, провода, кабели. Алюминий имеет большую усадку затвердевания (6 %).

Как конструкционный материал значительно чаще применяются алюминиевые сплавы. Они характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Предел прочности достигает 500…700 МПа. Большинство обладают высокой коррозионной стойкостью (за исключением сплавов с медью). Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сu, Mg, Si, Mn, Zn, реже Li, Ni, Ti. Многие образуют с алюминием твердые растворы ограниченной переменной растворимости и промежуточные фазы СuAl2, Mg2Si и др. Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термической обработке. Она состоит из закалки на пересыщенный твердый раствор и естественного или искусственного старения.

По технологическому признаку алюминиевые сплавы подразделяются на две группы (рисунок 52): деформируемые, литейные.

  1. деформируемые: а — не упрочняемые ТО; б — упрочняемые ТО;
  2. литейные

Рисунок 52 — Диаграмма состояния сплавов алюминий — легирующий элемент

Сплавы левее точки F имеют структуру однофазного a — твердого раствора, который имеет высокую пластичность и не упрочняются термической обработкой. Упрочнить эти сплавы можно холодной пластической деформацией (наклепом). На участке FD’ сплавы имеют предельную растворимость легирующего элемента в алюминии и поэтому упрочняются термической обработкой. Сплавы правее точки D’ имеют в структуре эвтектику, которая придает сплавам высокую жидкотекучесть. Поэтому эти сплавы относятся к литейным.

Старение закаленных сплавов. После закалки алюминиевые сплавы подвергаются старению, которое приводит к дополнительному повышению прочности сплава при некотором снижении пластичности и вязкости.

В зависимости от условий проведения, различают два вида старения:

  1. естественное, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток;
  2. искусственное, при котором сплав выдерживается при повышенной температуре в течение 10…24 ч.

В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, в решетке которого атомы меди располагаются статистически равномерно. В зависимости от температуры и продолжительности, старение протекает в несколько стадий.

Так, например, в сплавах Аl — Сu при естественном или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100…150 0С) образуются зоны Гинье-Престона 1 (ГП-1). На начальной стадии в пересыщенном a — твердом растворе образуются объемы (сегрегации), обогащенные атомами меди. Они представляют собой пластинчатые или дисковые образования диаметром 4…6 нм и толщиной несколько атомных слоев.

При более высоких температурах нагрева образуются крупные зоны ГП-2. Выдержка в течение нескольких часов приводит к образованию в зонах ГП-2 дисперсных частиц q — фазы (СuAl2). Образование зон ГП-1, ГП-2 и q- фазы приводит к повышению прочности и твердости закаленных алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термообработкой. Эти сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Пластическая деформация упрочняет сплавы почти в 2 раза.

К этой группе сплавов относятся марки АМц (1,1…1,6 % Мn), АМг2, АМг3, АМг5, АМг6 (цифра показывает содержание магния в процентах).

Они применяются для сварных элементов конструкций, испытывающих сравнительно небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Из сплавов АМц, АМг2, АМг3 изготовляют емкости для хранения нефтепродуктов, трубопроводы для масла и бензина, палубные надстройки, в строительстве — витражи, перегородки, двери, оконные рамы и др. Сплавы АМг5, АМг6 применяются для средненагруженных деталей и конструкций: рамы и кузова вагонов, перегородки зданий переборки судов, кабины лифтов.

Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой. Наиболее распространенными представителями группы алюминиевых сплавов, применяемыми в деформированном виде и упрочняемыми термической обработкой, являются дуралюмины (от французского dur- твердый). К ним относятся сплавы системы Al — Cu – Mg — Mn. Типичными дуралюминами являются марки Д1 и Д16. Их химический состав приведен в таблице 18.

Таблица 18 — Химический состав дуралюминов, %

МаркаCuMnMgSiFe
Д1
Д16
3,8…4,8
3,8…4,5
0,4…0,8
0,3…0,9
0,4…0,8
1,2…1,8
<0,7
<0,5
<0,7
<0,5

Предел прочности Д1 sв = 410 МПа и d = 15%, у Д16 sв = 520 МПа и d= 11 %. Они хорошо деформируются в холодном и горячем состояниях. Для закалки сплав Д1 нагревается до 495…510 0С, а Д16 — до 485…503 0С. Нагрев до более высоких температур вызывает пережог. Охлаждение производится в воде.

Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, т.к. при этом обеспечивается более высокая коррозионная стойкость. Время старения 4…5 суток. Иногда применяют искусственное старение при температуре 185…195 0С. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей, шпангоуты, стрингера, лонжероны самолетов и т.д.

Сплавы авиаль (АВ) уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии, имеют высокий предел усталости. Упрочняющей фазой является соединение Мg2Si.

Авиаль закаливается при 515…525 0С с охлаждением в воде, а затем подвергается естественному старению (АВТ) или искусственному при температуре 160 0С в течение 12 часов (АВТ1). Изготовляют листы, трубы, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери.

Высокопрочные алюминиевые сплавы. Прочность этих сплавов достигает 550…700 МПа, но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов. Они, кроме Сu и Mg содержат Zn. К ним относятся сплавы В95, В96. Упрочняющими фазами являются MgZn2, Al3Mg3Zn3, Al2CuMg. С увеличением содержания цинка прочность повышается, но снижается пластичность и коррозионная стойкость.

Сплавы закаливают при 465…475 0С с охлаждением в воде и подвергают искусственному старению при 135…145 0С в течение 16 ч. Они более чувствительны к концентратам напряжений и имеют пониженную коррозионную стойкость под напряжением. Применяются там же, где и дуралюмины.

Ковочные алюминиевые сплавы отличаются высокой пластичностью при температурах ковки и штамповки (450…475 0С) и удовлетворительными литейными свойствами. Закалка проводится при 515…525 0С с охлаждением в воде, старение при 150…160 0С в течение 4…12 ч. Упрочняющими фазами являются Mg2Si, CuAl2.

Сплав АК6 используют для деталей сложной формы и средней прочности (sв = 360 МПа) — крыльчатки, качалки, крепежные детали.

Сплав АК8 с повышенным содержанием Сu хуже обрабатываются давлением, но более прочный и применяется для изготовления подмоторных рам, лопастей винтов вертолетов и др.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы применяются для деталей, работающих до 300 0С (поршни, головки цилиндров, обшивка самолетов, лопатки и диски осевых компрессоров, крыльчатки и т.д.). Эти сплавы дополнительно легируют Fe, Ni, Ti.

Сплав АК4-1 закаливают при 525…535 0С, а сплав Д20 — при 535 0С в воде и подвергают старению при 200…220 0С. Упрочняющими фазами являются СuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al9FeNi. При частичном распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц, устойчивых к коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропрочность.

Литейные алюминиевые сплавы. Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии.

Высокие литейные свойства имеют сплавы, содержащие в структуре эвтектику. Содержание легирующих элементов в этих сплавах больше предельной растворимости их в алюминии и больше, чем в деформируемых. Чаще применяют сплавы Al — Si, Al — Cu, Al — Mg. Для измельчения зерна, а следовательно улучшения механических свойств, в сплавы вводят модифицирующие добавки (Ti, Zr, B, V, Na и др.). Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. Например: отжиг при 300 0С в течение 5…10 ч; закалка и естественное старение tзак = 510…520 0С и охлаждение в горячей воде (40…100 0С) выдержка до 20 часов.

Сплавы Al — Si (силумины) содержат много эвтектики, поэтому обладают высокими литейными свойствами отливки, более плотные. К ним относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9.

АЛ2 содержит 10-13% Si и является эвтектическим сплавом, упрочняющей термической обработке не подвергается.

АЛ4, АЛ9 — доэвтектические и дополнительно легированы Мg. Могут упрочняться термообработкой. Упрочняющей фазой служат Mg2Si. Эти сплавы применяют для изготовления крупных нагруженных деталей: корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей.

Сплавы Al — Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) имеют более низкие литейные свойства, чем силумины. Поэтому их применяют, как правило, для отливок небольших деталей простой формы (арматура, кронштейны и т.д.). Имеют большую усадку, склонность к образованию горячих трещин и к хрупкому разрушению.

Сплавы Аl — Mg. Эти сплавы (АЛ8, АЛ27) имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Они предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере. Сплавы марок АЛ13 и АЛ22 имеют более высокие литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.

Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275…300 0С. Структура литого сплава АЛ1 состоит из a- твердого раствора, содержащего Cu, Mg, Ni, и избыточных фаз Al2CuMg, Al6CuNi.

Более жаропрочными являются сплавы АЛ19 и АЛ33. Это достигается добавками в сплавы Mn, Ti, Ni, Zn, Ce и образованием нерастворимых интерметаллидных фаз Al6Cu3, Al2Ce, Al2Zr и др.

Для крупногабаритных деталей работающих при 300…350 0С применяют сплав АЛ21.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ • Большая российская энциклопедия

АЛЮМИ́НИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве алю­ми­ния; об­ла­да­ют ма­лой плот­но­стью (до 3000 кг/м3), вы­со­ки­ми элек­тро- и те­п­ло­про­вод­но­стью, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью и удель­ной проч­но­стью. Пер­вые А. с. – спла­вы алю­ми­ния с крем­ни­ем, по­лу­чен­ные в 50-х гг. 19 в., име­ли ма­лую проч­ность и низ­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость. По­во­рот­ным мо­мен­том в ис­то­рии раз­ви­тия А. с. ста­ли ис­сле­до­ва­ния А. Виль­ма (Гер­ма­ния, 1903–11), ко­то­рый об­на­ру­жил в за­ка­лён­ном А. с., со­дер­жа­щем медь и маг­ний, по­вы­ше­ние проч­но­сти в про­цес­се вы­лё­жи­ва­ния, т. н. эф­фект ста­ре­ния (см. Ста­ре­ние ме­тал­лов). В 1921 А. Пач (США) мо­ди­фи­циро­вал сплав Al – Si пу­тём вве­де­ния в не­го мик­ро­ско­пич. доз Na, что при­вело к зна­чит. улуч­ше­нию его свойств. Поз­же для по­лу­че­ния А. с. с оп­ре­де­лённы­ми свой­ст­ва­ми ста­ли при­ме­нять ле­ги­ро­ва­ние разл. ме­тал­ла­ми (Cu, Mg, Mn, Si, Zn, Ni, Li, Be и др.). В Рос­сии в 1930–40-х гг. раз­ра­бот­ку А. с. и вне­дре­ние их в про­из-во осу­ще­ст­в­ля­ли Ю. Г. Му­за­лев­ский, С. М. Во­ро­нов, И. Н. Фрид­лян­дер и др.

До 1940-х гг. при­ме­ня­лись гл. обр. спла­вы на ос­но­ве сис­тем Al – Si (си­лу­ми­ны), Al – Mg (маг­на­лии), Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны), Al – Mg – Si (авиа­ли). Впо­след­ст­вии так­же по­лу­чи­ли раз­ви­тие вы­со­ко­проч­ные (на ос­но­ве сис­тем Al – Zn – Mg, Al – Zn – Mg – Cu, Al – Mg – Si – Cu), жа­ро­проч­ные (Al – Cu – Mn, Al – Mg – Li, Al – Cu – Mg – Fe – Ni), по­ни­жен­ной плот­но­сти (Al – Be – Mg, Al – Mg – Li, Al – Cu – Li) и др. А. с. В за­ви­си­мости от спо­со­ба про­из-ва по­лу­фаб­рика­тов и из­де­лий А. с. де­лят на де­фор­ми­руе­мые, ис­поль­зуе­мые для из­го­тов­ле­ния лис­тов, плит, про­филей, труб, по­ко­вок, про­во­ло­ки пу­тём де­фор­ма­ции (про­кат­ки, ков­ки, штам­пов­ки и др.), и ли­тей­ные – для из­го­тов­ле­ния фа­сон­ных из­де­лий лить­ём. Со­став и не­ко­то­рые свой­ст­ва наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных А. с. при­ве­де­ны в таб­ли­цах 1, 2 (см. стр. 578).

Де­фор­ми­руе­мые спла­вы по объ­ё­му про­из-ва со­став­ля­ют ок. 80% всех А. с. Хи­мич. и фа­зо­вый со­став, ре­жи­мы тер­мич. об­ра­бот­ки де­фор­ми­руе­мых А. с. оп­ре­де­ля­ют­ся не­об­хо­ди­мо­стью по­лу­чения оп­тим. ком­плек­са экс­плуа­тац. и тех­но­ло­гич. свойств. Спла­вы сис­те­мы Al – Mg (маг­на­лии) име­ют вы­со­кую кор­ро­зи­он­ную стой­кость, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но не уп­роч­ня­ют­ся тер­мич. об­ра­бот­кой; для по­вы­ше­ния проч­но­сти в эти спла­вы вво­дят Sc. Спла­вы Al – Zn – Mg об­ла­да­ют вы­со­кой проч­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но при зна­чит. кон­цен­тра­ции Zn и Mg склон­ны к за­мед­лен­но­му кор­ро­зи­он­но­му рас­трес­ки­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si (авиа­ли) со­че­та­ют хо­ро­шую кор­ро­зи­он­ную стой­кость с вы­ра­жен­ным эф­фек­том ста­ре­ния; хо­ро­шо под­да­ют­ся ано­ди­ро­ва­нию. Спла­вы Al – Mg – Si – Cu силь­но уп­роч­ня­ют­ся в ре­зуль­та­те ста­ре­ния, но от­ли­ча­ют­ся по­ни­жен­ной кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью. Спла­вы Al – Cu – Mg (ду­ра­лю­ми­ны) име­ют ср. проч­ность, но вы­со­кие пла­стич­ность и вяз­кость раз­ру­ше­ния, ма­лую ско­рость раз­ви­тия ус­та­ло­ст­ных тре­щин. Спла­вы Al – Zn – Mg – Cu ха­рак­те­ри­зу­ют­ся са­мы­ми вы­со­ки­ми проч­но­стью и пре­де­лом те­ку­че­сти. Спла­вы Al – Mg – Li име­ют та­кие же, как и у ду­ра­лю­ми­на, ме­ха­нич. свой­ст­ва, но по­ни­жен­ную (на 11%) плот­ность и боль­ший мо­дуль уп­ру­го­сти. Спла­вы Al – Be – Mg об­ла­да­ют вы­со­ки­ми удель­ной проч­но­стью и мо­ду­лем уп­ру­го­сти, хо­ро­шей кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, пла­стич­но­стью, хо­ро­шо сва­ри­ва­ют­ся, но из-за ток­сич­но­сти их при­ме­не­ние ог­ра­ни­че­но. По­лу­фаб­ри­ка­ты из де­фор­ми­ро­ван­ных А. с. для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки по­лу­ча­ют из слит­ков про­стой фор­мы – круг­лых, пло­ских, по­лых.

Таблица 1. Химический состав и механические свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов

СистемаМарка сплаваЛегирующие компоненты (% по массе)Типичные механические свойства
CuMgMnSiПрочиеПредел прочности, МПаПредел текучести, МПа
Al – Mg (магналии) АМг6< 0,15,8–6,80,5–0,8≤ 0,4Zn < 0,2; Fe ≤ 0,4340170
1570< 0,15,3–6,30,2–0,6≤ 0,2Zn < 0,1; Fe ≤ 0,3; Sc 0,25410310
Al – Mg – Si (авиали) АВ0,1–0,50,45–0,90,15–0,350,5–1,12Zn < 0,2; Fe ≤ 0,5; Ti <0,15340280
АДЗЗ0,15–0,40,8–1,2< 0,150,4–0,8Zn < 0,25; Fe ≤ 0,7320260
Al – Mg – Si – Cu АК61,8–2,60,4–0,80,4–0,80,7–1,2Zn < 0,3; Fe ≤ 0,7390300
АК83,9–4,80,4–0,80,4–1,00,6–1,2Zn < 0,3; Fe ≤ 0,7470380
AI – Cu – Mg (дуралюмины) Д1ч3,8–4,80,4–0,80,4–0,8<0,5Fe < 0,4380220
Д16ч3,8–4,91,2–1,80,3–0,9<0,2Fe< 0,3440300
Al – Zn – Mg – Cu В96Ц2,0–2,62,3–3,0<0,3Zn 3,0–8,0;
Fe < 0,4;
Zr 0,1–0,2
650620
19330,8–1,21,6–2,2<0,1Zn 6,35–7,2;
Fe 0,06–0,15;
Zr 0,1–0,18
510460
Al – Cu – Mg – Fe – NiАК4–11,9–2,71,2–1,8≤ 0,2«0,3Zn ≤ 0,3;
Fe 0,8–1,4;
Ni 0,8-1,4
420350
Al – Cu – Mn12015,8–6,8< 0,020,2–0,4<0,2Zn <0,1;
Fe ≤ 0,3
420320
Al – Mg – Li 1420< 0,054,5-6,0<0,15Fe ≤ 0,2;
Li 1,8–2,3;
Zr 0,08–0,15;
Na < 0,03
430290
1424 –4,7–5,20,05–0,25≤ 0,1Zn 0,4–0,8;
Fe ≤ 0,1;
Li 1,5–1,8
460320
Al – Be – Mg АБМ–14,2–5,50,30,1Fe 0,2;
Be 28-32;
Ni 0,1
430–500250-300
АБМ–31,5–2,5 0,2Fe 0,2;
Be 67–72
550–620380-480
Примечание. В ряд сплавов вводятся малые добавки Cr, Zr, Sc, Ti, Be, Ca.

К де­фор­ми­руе­мым А. с. от­но­сят так­же спе­чён­ные спла­вы (вме­сто слит­ка для фор­мо­ва­ния из­де­лий ис­поль­зу­ют бри­кет, спе­чён­ный из по­рош­ков): спе­чён­ная алю­ми­ние­вая пуд­ра (САП) и спе­чён­ные алю­ми­ние­вые спла­вы (САС). САП, уп­роч­нён­ная дис­перс­ны­ми час­тица­ми ок­си­да алю­ми­ния, пре­вос­хо­дит все А. с. по жа­ро­проч­но­сти. САС, ле­ги­ро­ван­ные Si, Fe, Ni, от­ли­ча­ют­ся очень низ­ким ко­эф. ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния.

Таблица 2. Химический состав и механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов

 Легирующие компоненты (% по массе)Типичные механические свойства
СистемаМарка сплаваCuMgMnSiПрочиеПредел прочности, МПаПредел текучести, МПа
СилуминыAl–SiАК12 (АЛ2)0,60,513,0200110
Al–Si–MgАК9ч (АЛ4)0,30,17–0,30,2-0,58,0–10,5260200
АК7ч (АЛ 9)0,20,2–0,40,56,0–8,0230130
Al–Si–Cu–MgАК5М (АЛ5)1,0–1,50,35–0,60,54,5–5,5240180
АК8М3ч (ВАЛ8)2,5–3,50,2–0,457,0–8,5Zn 0,5–1,0;
Ti 0,1–0,25;
В 0,005–0,1;
Be 0,05–0,25
345290
Al–МgАМг10 (АЛ27)9,5–10,5Zr 0,05–0,20;
Ti 0,05–0,15;
Be 0,05–0,15
314176
АМг6л (АЛ23)0,156,0–7,0Zr 0,05–0,20;
Ti 0,05–0,15;
Be 0,02–0,1
225127
Al–CuАМ5 (АЛ19)4,5–5,30,050,6–1,00,3Ti 0,15–0,35370260
АМ4,5Кд  (ВАЛ10)4,5–5,10,050,35–0,8Ti 0,15–0,35;
Cd 0,07–0,25
420300

Для ли­тей­ных спла­вов, осо­бен­но важ­ны та­кие ха­рак­те­ри­сти­ки, как вы­сокая жид­ко­те­ку­честь, ма­лая склон­ность к об­ра­зо­ва­нию уса­доч­ных и га­зо­вых пус­тот, тре­щин, ра­ко­вин. На­и­бо­лее вы­со­кие ха­рак­те­ри­сти­ки до­сти­га­ют­ся при ли­тье в ме­тал­лич. фор­мы (в ко­киль, под дав­ле­ни­ем, при жид­кой штам­пов­ке). Важ­ней­шие ли­тей­ные А. с. – си­лу­ми­ны – со­дер­жат св. 4,5% Si, к ним от­но­сят­ся спла­вы сис­те­мы Al – Si и бо­лее слож­ных сис­тем: Al – Si – Mg, Al – Si – Cu – Mg; об­ла­да­ют хо­ро­ши­ми ли­тей­ны­ми свой­ст­ва­ми, не­пло­хой кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, ср. проч­но­стью, в от­лив­ках не об­ра­зу­ет­ся уса­доч­ной по­рис­то­сти. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Mg св. 5% (спла­вы сис­тем Al – Mg, Al – Mg – Si с до­бав­кой Mn, Be и Ti) кор­ро­зи­он­но­стой­ки, вы­со­ко­проч­ны, вы­со­ко­пла­стич­ны и об­ла­да­ют по­ни­жен­ной плот­но­стью. Дли­тель­ные низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные (60–80 °C) на­гре­вы при­во­дят к ухуд­ше­нию кор­ро­зи­он­ной стой­ко­сти ли­тей­ных А. с. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем Mg. Тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния этих спла­вов слож­на, из­де­лия от­ли­ва­ют­ся гл. обр. в зем­ля­ные фор­мы. Спла­вы с со­дер­жа­ни­ем Cu св. 4% (спла­вы сис­тем Al – Cu, Al – Cu – Mn с до­бав­кой Ti, Cd) по жа­ро­проч­но­сти пре­вос­хо­дят дру­гие ли­тей­ные спла­вы, но име­ют по­ни­жен­ные кор­ро­зи­он­ную стой­кость и ли­тей­ные свой­ст­ва. Ли­тей­ные спла­вы (кро­ме си­лу­ми­нов) в прин­ци­пе ана­ло­гич­ны де­фор­ми­руе­мым спла­вам со­от­вет­ст­вую­щих сис­тем, но от­лича­ют­ся бо­лее вы­соким со­дер­жа­ни­ем ле­ги­рую­щих ком­по­нен­тов (Cu, Mg), до­ба­вок (Ni, Ti) и при­ме­сей (Fe).

На свой­ст­ва ли­тей­ных спла­вов по­ми­мо спо­со­бов ли­тья так­же влия­ют вхо­дя­щие в их со­став ком­по­нен­ты, ко­то­рые для од­них спла­вов яв­ля­ют­ся ле­ги­рую­щи­ми, но ока­зы­ва­ют вред­ное влия­ние на дру­гие: Si сни­жа­ет проч­ность спла­вов Al – Mg; при­месь Zn ухуд­ша­ет ме­ха­нич. свой­ст­ва спла­вов Al – Si и Al – Cu; Sn и Pb да­же в де­ся­тых до­лях про­цен­та зна­читель­но по­ни­жа­ют темп-ру плав­ле­ния спла­вов. Вред­ное влия­ние на си­лу­ми­ны ока­зы­ва­ет Fe, вы­зы­ваю­щее об­ра­зо­ва­ние хруп­ких вклю­че­ний, кри­стал­ли­зую­щих­ся в ви­де пла­стин. Со­дер­жа­ние Fe за­ви­сит от спо­со­ба ли­тья: оно мак­си­маль­но при ли­тье под дав­ле­ни­ем и в ко­киль и ми­ни­маль­но при ли­тье в зем­лю. Ка­че­ст­во фа­сон­ных от­ли­вок из А. с. суще­ст­вен­но по­вы­ша­ет­ся при ис­поль­зо­ва­нии чис­той ших­ты (умень­ше­ние ко­ли­че­ст­ва вред­ных ме­тал­лич. и не­ме­тал­лич. при­ме­сей в спла­вах), мо­ди­фи­ци­ро­ва­нии спла­вов (вве­де­ние ма­лых до­ба­вок Ti, Zr, Be), ис­поль­зо­ва­нии про­грес­сив­ных ме­то­дов ра­фи­ни­ро­ва­ния и тер­мич. об­ра­бот­ки.

А. с. от­но­сят­ся к важ­ней­шим кон­струкц. ма­те­риа­лам. По мас­шта­бам про­из­вод­ст­ва и по­треб­ле­ния за­ни­ма­ют 2-е ме­сто по­сле ста­ли; в пром-сти ис­поль­зу­ют ок. 55 ма­рок А. с. Бла­го­да­ря уни­каль­ным экс­плуа­тац. свой­ст­вам ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся: в авиа- и ра­ке­то­строе­нии – шас­си, ло­па­сти воз­душ­ных вин­тов, си­ло­вые эле­мен­ты ле­тат. ап­па­ра­тов (об­шив­ка, фю­зе­ляж, шпан­го­уты, лон­же­ро­ны, нер­вю­ры, верх­ние и ниж­ние плос­ко­сти крыль­ев), кор­пу­сы ра­кет, то­п­лив­ные и мас­ля­ные ба­ки; в су­до­строе­нии – кор­пу­сы су­дов, па­луб­ные над­строй­ки, разл. су­до­вое обо­ру­до­ва­ние; в ав­то­мо­би­ле­строе­нии – де­та­ли дви­га­те­ля (порш­ни, го­лов­ки, бло­ки ци­лин­д­ров), ра­диа­то­ры ох­ла­ж­де­ния, ото­пи­те­ли, ка­би­ны, са­ло­ны ав­то­бу­сов, цис­тер­ны для пе­ре­воз­ки хи­мич. и неф­те­хи­мич. про­дук­тов, сы­пу­чих гру­зов; в строи­тель­ст­ве – стро­ит. кон­ст­рук­ции, окон­ные ра­мы и две­ри; в пи­ще­вой пром-сти – ­банки для пи­ва, во­ды, пи­ще­вых про­дук­тов, бы­то­вая фоль­га и др.

Марки алюминия

Термины и определения

Марки алюминия

Нелегированный алюминий – это алюминий без легирующих элементов при содержании алюминия не менее 99,00%, остальное – примеси. Примесь – металлический или неметаллический элемент, присутствующий в металле, минимальное содержание которого не контролируется.

Рафинированный алюминий – нелегированный алюминий высокой чистоты (содержание алюминия не менее 99,950%), который получают в результате специальных металлургических обработок.

Первичный алюминий – нелегированный алюминий:

  • который произведен из глинозема, обычно электролизом, и
  • который имеет содержание алюминия не менее 99,70%.

Нелегированный алюминий подразделяется на марки в зависимости от содержания в нем примесей.

Русскому термину “марка” соответствует английский термин “grade” [1].

Алюминиевые сплавы

Алюминиевый сплав – это алюминий:

  • который содержит легирующие элементы,
  • в котором содержание алюминия выше, чем любого другого элемента и
  • в котором, содержание алюминия не более 99,00%

Легирующий элемент – это металлический или неметаллический элемент, содержание которого контролируется в заданном интервале, чтобы обеспечивать сплаву заданные специфические свойства. Обычно легирующие элементы преднамеренно добавляют в расплав алюминия.

Легированный алюминий подразделяется на сплавы.

Каждый алюминиевый сплав имеет свое обозначение, например, сплав АД31 или сплав 2017. Это обозначение сплава однозначно определяет его химический состав, в том числе, интервалы содержания легирующих элементов и допуски на максимальное содержание примесей. Необходимо отметить, что иногда, в том числе, в стандартах, применяется выражение “марка сплава”. Однако, чем отличается смысл выражений “марка сплава” и “сплав” совершенно не понятно.

Русскому термину “сплав” соответствует английский термин “alloy” [1].

Классификация марок алюминия

Среди марок алюминия различают по способу выплавки и назначению:

  • марки первичного алюминия
  • марки деформируемого алюминия
  • марки литейного алюминия

Марки первичного алюминия

Первичный алюминий подразделяются на:

  • алюминий особо высокой чистоты (содержание алюминия выше 99,995%)
  • алюминий высокой чистоты (содержание алюминия от 99,95 до 99,995%)
  • алюминий технической чистоты (содержание алюминия от 99,00 до 99,85%)

Марки первичного алюминия применяют, главным образом, для переплавки при изготовлении алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных. При этом для сплавов общего назначения применяются марки алюминия технической чистоты. Для изготовления специальных сплавов  применяют марки алюминия высокой чистоты, например, для авиации и космонавтики. Кроме того, марки высокой чистоты и особо высокой чистоты применяют в различных высокотехничных технологиях, например, при производстве полупроводников.

Марки деформируемого алюминия

Основные марки деформируемого алюминия имеют чистоту от 99,00 до 99,85%. Они предназначены для изготовления продукции методом горячей и холодной обработки металлов давлением, то есть – прокаткой, экструзией, волочением, штамповкой и т. п.

Марки литейного алюминия

Марки литейного алюминия имеют очень ограниченное применение, в основном для изготовления литых роторов электрических двигателей. Они имеют чистоту от 99,00 до 99,70 %.

Первичный алюминий

Марки алюминия в ГОСТ 11069

Главным показателем чистоты первичного алюминия является содержание железа и кремния (таблица 1):

  • Первичный алюминий технической чистоты, который получают электролизом из криолитно-глиноземного расплава. Он содержит от 99,85% алюминия (до 0,08% железа и 0,06% кремния) до 99,0% алюминия (до 0,50% железа и 0,50% кремния).
  • Алюминий высокой чистоты, который получают путем электролитического рафинирования алюминия технической чистоты. Он содержит от 99,995% алюминия (до 0,0015% железа и 0,0015% кремния) до 99,95% алюминия (до 0,030% железа и 0,030% кремния).

Особо чистый алюминий получают путем применения сложных методов очистки, например, зонной очистки. Он имеет чистоту не менее 99,999% (общее содержание всех примесей не превышает 0,001%).

Таблица 1 – Химический состав марок первичного алюминия по ГОСТ 11069

Химический состав марок алюминия по ГОСТ 11069

Для первичного алюминия, который применяется для производства сплавов, кроме общего содержания примесей важную роль часто играет также соотношение содержания железа и кремния. Это соотношение примесей влияет, в частности, на склонность к горячему растрескиванию первичного алюминия, а также марок и сплавов, изготовленных на его основе. Отношение содержания железа и кремния зависит от исходного сырья и технологии производства первичного алюминия.

Два способа способа обозначения первичного алюминия

Известно, что все производство первичного алюминия основано на процессе Холла-Эру. Главными примесями выплавленного первичного алюминия являются железо и кремний. Кроме того, в первичном алюминии обычно присутствуют второстепенные примеси, такие как, цинк, галлий, титан и ванадий. Обычно в международной практике главным критерием, который характеризует химический состав и ценность первичного алюминия, является минимальное содержание в нем чистого алюминия. Однако в Соединенных Штатах более важным критерием, который отражает ценность первичного алюминия, считается содержание в нем железа и кремния. Этот подход установила американская Алюминиевая Ассоциация.

Поэтому марки нелегированного алюминия могут обозначаться двумя способами:

  • по минимальному содержанию чистого алюминия, например, Al 99,70 % или
  • по максимальному содержанию кремния и железа – в виде Pхххх.

За буквой Р следуют цифры, которые указывают на максимальное содержание кремния и железа, например:

  • Р1020 – это нелегированный первичный алюминий – марка первичного алюминия, содержащая не более 0,10% кремния и не более 0,20% железа.
  • Р0506 – это марка первичного алюминия, содержащая не более 0,05% кремния и не более 0,06% железа.

Марки алюминия в EN 576 и ISO 115

Эти два различных подхода к оценке свойств первичного алюминия отражены в европейском стандарте EN 576:2004. Этот стандарт устанавливает требования к химическому составу различных марок первичного алюминия как в соответствии с международным подходом, так и – с американским подходом. Положения стандарта EN 576  в целом совпадают с положениями аналогичного международного стандарта ISO 115:2003.

Таблица 2 отражает международный подход, таблица 3 – подход американской Алюминиевой Ассоциации.

Таблица 2 – Нелегированный алюминий с установленным минимальным содержанием алюминия –
Химический состав: максимальное содержание в процентах по массе  Химический состав марок алюминия по ISO 115 - международный вариант

Таблица 3– Нелегированный алюминий без установленного минимального содержания алюминия –
Химический состав: максимальное содержание в процентах по массеХимический состав марок алюминия по ISO 115 - американский вариант

Обозначение марок алюминия в таблице 2 имеет “американский” вид: состоит из четырех цифр, перед которыми стоит буква Р, а после них – буква, обозначающая серию, например, Р1020А:

  • Первые две цифры, ХХ, указывают на две цифры после запятой в максимальном содержании кремния: 0,ХХ.
  • Последние две цифры, YY, указывают на две цифры после запятой в максимальном содержании железа: 0,YY.
  • Для базовых марок за четырьмя цифрами следует буква А.

Вариации базовых марок алюминия, то есть имеющие такие же пределы содержания для кремния и железа, но различные пределы содержания для других элементов, обозначаются путем замены буквы А на другую букву, начиная с В, но кроме I, О и Q.

Марки алюминия на LME

Стандартной маркой первичного алюминия, которая является предметом международной торговли, в том числе, на Лондонской бирже металлов (LME) является марка алюминия с чистотой 99,70% [3]. Это эквивалент американской марки первичного алюминия P1020. Эта марка алюминия обеспечивает максимальное содержание железа в металле 0,20% и максимальное содержание кремния 0,10% (то есть 10 сотых частей кремния , 20 сотых частей железа, отсюда – Р1020).

Металл с более низким содержанием алюминия, например, 99,50%, считается продукцией более низкого качества  и обычно продается со скидкой. Этот металл может быть переплавлен и смешан на литейном производстве с более высокосортным металлом, чтобы получить слитки, которые соответствуют требованиям LME или готовую литейную продукцию. Основными примесями при получении более высокосортного металла являются железо и кремний. Повышение содержания алюминия выше 99,70% означает в основном пропорциональное снижение содержания железа и кремния, тогда как содержание других примесей остается практически неизменным [3].

Деформируемый алюминий

Марки алюминия в ГОСТ 4784

ГОСТ 4784-97 включает алюминий, которые применяется при изготовлении продукции методами обработки металлов давлением. Здесь цифры говорят мало полезного:

  • чем больше нулей, тем чище алюминий
  • алюминий без цифр (АД) – самый “грязный”.

Модификации с буквой Е (электротехнические) содержат пониженное содержание кремния для улучшения электрической проводимости. В отличие от ГОСТ 11069 стандарт ГОСТ 4784 не исключает и вторичный алюминий, то есть алюминий, полученный из лома.

Таблица 4 – Марки деформируемого алюминия по ГОСТ 4784-97

Марки деформируемого алюминия по ГОСТ 4784

Марки алюминия в EN 573-3

Таблица 5 – Марки деформируемого алюминия по EN 573-3

Марки деформируемого алюминия по EN 573-3

Литейный алюминий

Литейные марки алюминия относятся к серии 1хх литейных сплавов по международной классификации алюминия и его сплавов. Хотя часто их называют сплавами (alloys), нет оснований относить их полноправным сплавам: они содержат не менее 99,00 % алюминия и формально не имеют легирующих элементов, однако, в отличие от марок первичного алюминия в них контролируют отношение содержания железа и кремния.

Эти марки-сплавы литейной серии 1хх применяются для отливки роторов электрических двигателей (таблица 6). Роторы обычно отливаются на машинах литья под высоким давлением, которые специально разработаны для этой цели. Типичный алюминиевый ротор показан на рисунке 1. Эти марки литейного алюминия серии 1хх применяются также в некоторых других случаях, которые не требуют сложных форм отливок.

Таблица 6 – “Роторные” марки литейного алюминия [4]

Марки алюминия для изготовления роторов электрических двигателей

Типичный алюминиевый ротор электрического двигателя

Рисунок 1 – Типичный алюминиевый ротор электрического двигателя [4]

В этих роторные “сплавах” установлены не только пределы чистоты алюминия, но и также отношение содержания железа и кремния. Это обеспечивает образование интерметаллических частиц, которые в меньшей степени, чем другие отрицательно влияют на литейные свойства этих “сплавов”, а также на их электрическую проводимость.

Поскольку нелегированный алюминий стоит дешевле, чем роторные сплавы, были попытки заменить их на марки первичного алюминия при изготовлении роторов. Например, слитки первичного алюминия Р1020 имеют ту же чистоту, как и “сплав” 170.2, но без контроля соотношения содержания железа и кремния, а также неконтролируемое содержание титана и ванадия. Опыт показал, что игнорирование этих различий ведет к разбросу характеристик электрической проводимости и низким литейным свойствам алюминия при отливке роторов [5].

  • Самый чистый «роторный» алюминий (170.1) является самым трудным для литья: он в самой большой степени подвергается усадочному растрескиванию.
  • Наоборот, наименее чистый алюминий 100.1 льется намного легче при минимальном растрескивании .
  • Более чистые марки алюминия, например, 99,80% и 99,85 %, еще более склонны к растрескиванию при их литье, чем марка алюминия 170.1  [4].

Микроструктура нелегированного алюминия

Железо и кремний

Поскольку железо и кремний являются основными и обязательными примесными элементами, а также поскольку растворимость железа в твердом алюминии очень мала, то в микроструктуре всех марок алюминия – кроме рафинированного, особо чистого алюминия – видны фазы алюминий-железо и алюминий-железо-кремний.  В литом равновесном состоянии в нелегированном алюминии могут присутствовать следующие фазы: FeAl3, Fe3SiAl12, Fe2Si2Al9.

Второстепенные примеси

Второстепенные примеси, например, медь и марганец, находятся в слишком малом количестве, чтобы образовывать собственные фазы, но могут участвовать в образовании других фаз. Чтобы их обнаружить требуется высокое разрешение микроскопа и сложные методики идентификации фаз [2].

Применение нелегированого алюминия

Марки рафинированного алюминия

Рафинированным алюминием называют алюминий с чистотой от 99,99 % до 99,9999 %. За рубежом чистоту такого алюминия часто обозначают “4N to 6N” – по количеству девяток (Nine). Его получают специальными методами из первичного алюминия. Марки рафинированного алюминия находят применение в следующих областях:

  • Фольга для электролитических конденсаторов (марка 1199)
  • Производство полупроводников
  • Плит для производства плоских дисплеев
  • Распайка выводов в электронной промышленности
  • Производство тонких пленок
  • Производство высокочистого оксида алюминия и высокочистых порошков
  • Электронные накопители (диски памяти)
  • Для изделий с зеркальной поверхностью и ювелирных изделий
  • Производство сверхчистых алюминиевых сплавов для аэрокосмической промышленности

Марки алюминия технической чистоты

  • Электрические проводники: проволока, витые прводники, шины, полосы трансформаторов (марки 1350)
  • Литографические плиты (марка 1100)
  • Упаковка: фольга из алюминия марки (марки 1100, 1145, 1050, 1235)
  • Прессованные трубы для пищевой, химической и пивоваренной промышленности (марки 1050, 1060)
  • Теплообменники (марки 1050, 1070, 1145)
  • Системы пассивной сейсмической защиты. Низкий предел текучести и высокая пластичность применяются для эффективного рассеивания сейсмической энергии при землетрясениях (марка 1050А)
  • Алюминиевые бутылки (марки 1050А и 1070А)

Алюминий для раскисления стали

Марки алюминия в ГОСТ 295

Алюминий, который применяют для раскисления стали, а также производства ферросплавов и порошков для алюминотермии также подразделяется на марки.  Требования к этим маркам алюминия устанавливает ГОСТ 295-98.  Этот алюминий изготавливают как из первичного сырья, так и из лома и отходов алюминиевых сплавов. Производится в чушках и гранулах.  Для этих марок алюминия характерно очень большое содержание примесей – в общем количестве до 13 %.

Таблица 7 – Марки алюминия для раскисления, производства ферросплавов и алюмотермии

Марки алюминия для раскисления стали

Источники:

  1. Properties of Pure Aluminum / A. Sverdlin //Handbook of Aluminium: Vol.1 Physical metallurgy and Processes, ed. G.E. Davis, D.S. MacKenzie, 2003
  2. Aluminum and Aluminum Alloys / ed. J.R. Davis – ASM International, 1993
  3. The Aluminium Industry /James F King – Woodhead Publishing, 2001
  4. https://www.aluminum.org/sites/default/files/aecd16.pdf
  5. Aluminium Alloy Castings. Properties, Processes and Applications / J.G. Kaufman, E.L. Rooy – ASM International, 2004
Данные о свойствах кованых и литых алюминиевых сплавов

Данные по алюминиевому сплаву

MatWeb располагает данными о более чем 1600 отдельных композициях из кованого и литого алюминиевого сплава и / или термообработках. Алюминием с наивысшей чистотой (99,99% мин.), Имеющимся в продаже в кованом виде, является алюминий 1199-0 или алюминий 1199-h28. Вы можете найти типичные значения, такие как температура плавления, плотность и теплопроводность для типичных алюминиевых сплавов под названием Алюминиевые сплавы, Общие.Значения для чистого элемента находятся под названием Aluminium, Al. Номера UNS и обозначения ISO поддерживаются для большинства алюминиевых сплавов в MatWeb. Обзор кодов отпуска термообработки из алюминиевого сплава также доступен. Анодирование алюминия описано в нашем Руководстве по проектированию анодирования и обработки алюминия.

Механические свойства, такие как предел прочности или твердость, широко варьируются в зависимости от состава сплава или термической обработки. Самый быстрый способ проверить записи в базе данных на предмет точного интересующего алюминиевого сплава - это перейти по ссылке выше на Поиск по типу материала, а затем выбрать «Алюминиевый сплав» в раскрывающемся списке под «Цветные металлы»; эта функция воспроизводится ниже.


(нажмите на картинку, чтобы перейти туда)

Вы также можете выбрать «Алюминиевый сплав» в сочетании со значениями свойств при поиске по свойству. Это поможет вам найти сплавы, которые соответствуют вашим количественным характеристикам (например, металл с плотностью 80 000 фунтов на квадратный дюйм).

Если вы знаете интересующий вас номер сплава АА, введите его в поле поиска в верхней части любой страницы MatWeb (см. пример ниже). При вводе текста в поле поиска обратите внимание, что в целом вы будете иметь больший успех с американским правописанием «Алюминий», а не «Алюминий», которое используется в других странах мира.

Независимо от того, как вы доберетесь до записей MatWeb для конкретных литых или деформируемых алюминиевых сплавов, вы найдете полные данные о физических свойствах. Сотрудники MatWeb собрали обширные данные от производителей (таких как Alcoa, RSP Technology и Alpase), профессиональных сообществ (Ассоциация алюминия) и литературы / справочников, чтобы дать вам значения таких свойств, как плотность, твердость, прочность на сдвиг, модуль сдвига. теплоемкость, солидус, ликвидус, удлинение, коэффициент Пуассона, усталость, состав и т. д.

,
Как и почему легирующие элементы добавляются в алюминий

Как и почему легирующие элементы добавляются в алюминий

В: Мне сообщили, что чистый алюминий обычно не используется для конструкционных применений и что для производства алюминия, обладающего достаточной прочностью для изготовления конструктивных элементов, необходимо добавить другие элементы в алюминий. Какие элементы добавляются в эти алюминиевые сплавы? Как они влияют на производительность материала? И в каких приложениях используются эти сплавы?

A: Ваша полученная информация в основном верна.Было бы очень необычно найти чистый алюминий (сплавы серии 1ххх), выбранный для изготовления конструкций из-за их прочностных характеристик. Хотя серии 1xxx почти полностью алюминиевые, они будут реагировать на деформационное упрочнение, особенно если они содержат значительное количество примесей, таких как железо и кремний. Однако даже в условиях деформационного упрочнения сплавы серии 1xxx имеют очень низкую прочность по сравнению с другими сериями алюминиевых сплавов. Когда сплавы серии 1xxx выбираются для структурного применения, они чаще всего выбираются за их превосходную коррозионную стойкость и / или их высокую электропроводность.Наиболее распространенные области применения сплавов серии 1xxx - алюминиевая фольга, электрические шины, металлизированная проволока, химические резервуары и системы трубопроводов.

Добавление легирующих элементов в алюминий является основным методом, используемым для производства различных материалов, которые можно использовать в широком ассортименте конструкций.

Если мы рассмотрим семь обозначенных серий алюминиевых сплавов, используемых для деформируемых сплавов, мы можем сразу определить основные легирующие элементы, используемые для производства каждой серии сплавов.Затем мы можем пойти дальше и изучить влияние каждого из этих элементов на алюминий. Я также добавил некоторые другие часто используемые элементы и их влияние на алюминий.

Первичный легирующий элемент серии

1xxx Алюминий - 99,00% или больше

2xxx Медь

3xxx Марганец

4xxx Silicon

5xxx Магний

6xxx Магний и кремний

7xxx Цинк

Основные эффекты легирующих элементов в алюминии следующие:

Медь (Cu) 2xxx - Алюминиево-медные сплавы обычно содержат от 2 до 10% меди с меньшим содержанием других элементов.Медь обеспечивает существенное увеличение прочности и способствует упрочнению осадков. Введение меди в алюминий также может снизить пластичность и коррозионную стойкость. Повышенная подверженность растрескиванию алюминиево-медных сплавов при затвердевании; следовательно, некоторые из этих сплавов могут быть самыми сложными алюминиевыми сплавами для сварки. Эти сплавы включают некоторые из высокопрочных алюминиевых сплавов, способных к термообработке. Наиболее распространенными применениями для сплавов серии 2xxx являются аэрокосмическая, военная техника и ракеты.

Марганец (Mn) 3xxx - Добавление марганца к алюминию несколько повышает прочность за счет упрочнения раствора и улучшает деформационное упрочнение, при этом не заметно снижая пластичность или коррозионную стойкость. Это материалы средней прочности, не поддающиеся термообработке, которые сохраняют прочность при повышенных температурах и редко используются для основных структурных применений. Наиболее распространенные области применения сплавов серии 3xxx - это кухонная утварь, радиаторы, конденсаторы кондиционеров, испарители, теплообменники и соответствующие системы трубопроводов.

Silicon (Si) 4xxx - Добавление кремния в алюминий снижает температуру плавления и улучшает текучесть. Один только кремний в алюминии дает сплав, не поддающийся термообработке; однако в сочетании с магнием он образует термообрабатываемый сплав с упрочняющим осаждением. Следовательно, в серии 4xxx имеются как термообрабатываемые, так и не термически обрабатываемые сплавы. Добавки кремния к алюминию обычно используются для изготовления отливок. Наиболее распространенные области применения сплавов серии 4ххх - сварочная проволока для сварки плавлением и пайки алюминия.

Магний (Mg) 5xxx - Добавление магния к алюминию увеличивает прочность за счет упрочнения твердого раствора и улучшает их способность к деформационному упрочнению. Эти сплавы представляют собой высокопрочные алюминиевые сплавы, которые не подвергаются термообработке, и поэтому широко используются в конструкционных применениях Сплавы серии 5ххх производятся в основном в виде листа и листа и только изредка в виде экструзии. Причина этого заключается в том, что эти сплавы деформируются быстро и поэтому являются сложными и дорогими для экструзии.Некоторыми распространенными применениями для сплавов серии 5xxx являются кузова грузовых автомобилей и поездов, здания, бронетехника, строительство судов и лодок, цистерны для химических веществ, сосуды под давлением и криогенные резервуары.

Магний и кремний (Mg2Si) 6xxx - При добавлении магния и кремния в алюминий образуется соединение магния-силицид (Mg2Si). Образование этого соединения обеспечивает серии 6xxx их термообработку. Сплавы серии 6ххх легко и экономично экструдируются и по этой причине чаще всего встречаются в широком ассортименте экструдированных форм.Эти сплавы образуют важную дополнительную систему со сплавом серии 5xxx. Сплав серии 5xxx, используемый в форме пластины, и 6xxx часто соединяются с пластиной в некоторой экструдированной форме. Некоторыми из распространенных применений для сплавов серии 6xxx являются поручни, приводные валы, автомобильные рамы, рамы для велосипедов, трубчатая мебель для газонов, строительные леса, элементы жесткости и скобы, используемые на грузовиках, лодках и многих других конструкционных конструкциях.

Цинк (Zn) 7xxx - При добавлении цинка в алюминий (в сочетании с некоторыми другими элементами, в первую очередь магнием и / или медью) получают термообрабатываемые алюминиевые сплавы с наивысшей прочностью.Цинк существенно увеличивает прочность и позволяет отверждению при осаждении. Некоторые из этих сплавов могут быть подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением и по этой причине обычно не подвергаются сварке плавлением. Другие сплавы в этой серии часто свариваются плавлением с превосходными результатами. Некоторыми из распространенных применений сплавов серии 7xxx являются аэрокосмические, бронированные автомобили, бейсбольные биты и рамы для велосипедов.

Железо (Fe) - Железо является наиболее распространенной примесью, обнаруженной в алюминии, и намеренно добавляется в некоторые чистые сплавы (серии 1xxx) для небольшого увеличения прочности.

Хром (Cr) - Хром добавляют в алюминий для контроля структуры зерна, для предотвращения роста зерна в алюминиево-магниевых сплавах и для предотвращения рекристаллизации в алюминиево-магниево-кремниевых или алюминиево-магниево-цинковых сплавах во время термообработки. Хром также снижает подверженность коррозии под напряжением и улучшает ударную вязкость.

Никель (Ni) - Никель добавляют в алюминий-медь и алюминиево-кремниевые сплавы для повышения твердости и прочности при повышенных температурах и для уменьшения коэффициента расширения.

Титан (Ti) - Титан добавляется в алюминий преимущественно в качестве рафинера. Эффект очистки зерна от титана усиливается, если в расплаве присутствует бор или если он добавлен в виде лигатуры, содержащей бор, в значительной степени объединенный в виде TiB2. Титан является обычным дополнением к алюминиевой сварочной присадочной проволоке, поскольку он улучшает структуру сварного шва и помогает предотвратить растрескивание сварного шва.

Цирконий (Zr) - Цирконий добавляется в алюминий для образования мелкого осадка интерматаллических частиц, которые препятствуют рекристаллизации.

Литий (Li) - Добавление лития к алюминию может существенно повысить прочность и, модуль Юнга, обеспечить отверждение при осадках и уменьшить плотность.

Свинец (Pb) и висмут (Bi) - Свинец и висмут добавляются в алюминий, чтобы способствовать образованию стружки и улучшить обрабатываемость. Эти сплавы для свободной механической обработки часто не поддаются сварке, поскольку свинец и висмут образуют компоненты с низкой температурой плавления и могут давать плохие механические свойства и / или высокую чувствительность к растрескиванию при затвердевании.

Резюме:

Сегодня в промышленности используется много алюминиевых сплавов - более 400 деформируемых сплавов и более 200 литейных сплавов в настоящее время зарегистрированы в Алюминиевой ассоциации. Безусловно, одним из наиболее важных соображений, возникающих при сварке алюминия, является определение типа алюминиевого сплава, подлежащего сварке. Если тип основного материала свариваемого компонента не доступен из надежного источника, может быть трудно выбрать подходящую процедуру сварки.Существуют некоторые общие рекомендации относительно наиболее вероятного типа алюминия, используемого в различных областях применения, таких как упомянутые выше. Однако очень важно знать, что неверные предположения относительно химического состава алюминиевого сплава могут привести к очень серьезным последствиям для характеристик сварного шва. Настоятельно рекомендуется провести положительную идентификацию типа алюминия и разработать и проверить сварочные процедуры для проверки характеристик сварки.

,
обработка алюминия | История, добыча, переработка и факты

Обработка алюминия , подготовка руды для использования в различных продуктах.

обработка алюминия Рулоны из обработанного алюминия. © ozgurdonmaz / iStock.com

Алюминий или алюминий (Al) представляет собой серебристо-белый металл с температурой плавления 660 ° C (1220 ° F) и плотностью 2,7 грамма на кубический см. Самый распространенный металлический элемент, он составляет 8,1 процента земной коры. В природе это происходит химически в сочетании с кислородом и другими элементами.В чистом виде он мягкий и пластичный, но его можно легировать многими другими элементами для повышения прочности и обеспечения ряда полезных свойств. Сплавы алюминия легкие, прочные и формуются практически всеми известными процессами металлообработки. Они могут быть отлиты, соединены многими методами и легко обработаны, и они могут принимать самые разные виды отделки.

В дополнение к его низкой плотности, многие области применения алюминия и его сплавов основаны на его высокой электрической и теплопроводности, высокой отражательной способности и устойчивости к коррозии.Своей коррозионной стойкостью он обязан непрерывной пленке оксида алюминия, которая быстро растет на зарождающейся поверхности алюминия, подверженной воздействию воздуха.

История

Раннее использование и добыча

До 5000 г. до н.э. люди в Месопотамии делали керамику из глины, состоящей в основном из соединения алюминия, и почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химикатах и ​​лекарствах. Плиний относится к квасцам , известным теперь как квасцы, соединение алюминия, широко используемое в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстиле.К 18 веку, глинистый глинистый грунт был признан потенциальным источником металла.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Английский химик Хамфри Дэви в 1807 году попытался извлечь металл. Несмотря на неудачу, он убедился, что у глинозема есть металлическая основа, которую он назвал алюминием , а затем изменил на алюминия . Название было сохранено в Соединенных Штатах, но изменено на алюминия во многих других странах.

Датский физик и химик Ханс Кристиан Эрстед в 1825 году окончательно произвел алюминий. «Он образует, - сообщил Эрстед, - кусок металла, который по цвету и блеску чем-то напоминает олово».

Несколько лет спустя Фридрих Вёлер, немецкий химик из Геттингенского университета, изготовил металлический алюминий в виде частиц размером с булавочную головку и сначала определил следующие свойства алюминия: удельный вес, пластичность, цвет и стабильность в воздухе.

Алюминий оставался лабораторным курьезом, пока французский ученый Анри Сент-Клер Девиль не объявил о значительном улучшении метода Вёлера, который позволил «булавочным головкам» Вёлера соединяться в комки размером с мрамор.Процесс Deville стал основой алюминиевой промышленности. Алюминиевые слитки, изготовленные на Javel Chemical Works и выставленные в 1855 году на Парижской выставке Universelle, представили публике новый металл.

Хотя тогда было достаточно известно о свойствах алюминия, чтобы указать на многообещающее будущее, стоимость химического процесса для производства металла была слишком высока, чтобы обеспечить его широкое использование. Но важные улучшения в настоящее время принесли прорывы в двух направлениях: во-первых, процесс Девилля был улучшен; и, во-вторых, развитие динамо-машины сделало доступным большой источник энергии для электролиза, который оказался весьма успешным в отделении металла от его соединений.

Работа Холла и Эрульта

Современный электролитический метод производства алюминия был открыт почти одновременно и полностью независимо Чарльзом Мартином Холлом из США и Полом-Луи-Туссеном Эрультом из Франции в 1886 году. (По странному совпадению оба мужчины родились в 1863 году и оба умерли в 1914 году.) Основы процессов Холла-Эрульта были идентичны и остаются основой современной алюминиевой промышленности. Очищенный глинозем растворяют в расплавленном криолите и электролизуют постоянным током.Под воздействием тока кислород оксида алюминия осаждается на углеродном аноде и выделяется в виде диоксида углерода, а свободный расплавленный алюминий, который тяжелее электролита, осаждается на углеродной облицовке в нижней части ячейки.

Зал

сразу признал ценность своего открытия. Он подал заявку на патент США 9 июля 1886 года и энергично работал над развитием процесса. Эроуль, с другой стороны, хотя он подал несколько месяцев назад за патентами, очевидно, не смог понять значение этого процесса.Он продолжил работу над вторым успешным процессом, который произвел алюминиево-медный сплав. Удобно, что в 1888 году австрийский химик Карл Джозеф Байер открыл усовершенствованный способ получения чистого глинозема из бокситовых руд с низким содержанием кремнезема.

Холл и группа бизнесменов основали Питтсбургскую компанию по восстановлению в 1888 году в Питтсбурге. Первый слиток был вылит в ноябре того же года. Спрос на алюминий вырос, и в 1894 году в Нью-Кенсингтоне, штат Пенсильвания, была построена большая восстановительная установка, использующая электричество, вырабатываемое паром, для производства одной тонны алюминия в день к 1894 году.Потребность в дешевой, обильной гидроэлектростанции привела молодую компанию к Ниагарскому водопаду, где в 1895 году она стала первым заказчиком новой электростанции Ниагарского водопада.

За короткое время спрос на алюминий превысил самые оптимистичные ожидания Холла. В 1907 году компания сменила название на «Алюминиевая компания Америки» (Alcoa). До Второй мировой войны он оставался единственным производителем первичного алюминия в США, но в течение полувека в Соединенных Штатах было 15 первичных производителей.

Европейская промышленность

Нойхаузен, Швейцария, является «питомником» европейской алюминиевой промышленности. Там, чтобы воспользоваться преимуществами гидроэнергетики водопада Рейна, Эрульт построил свой первый завод по производству алюминиево-бронзового сплава, который впоследствии стал компанией «Алюминий-Индустри-Актиен-Гезельшафт». Британская алюминиевая компания с ограниченной ответственностью, организованная в 1894 году, вскоре признала богатство дешевой электроэнергии, доступной в Норвегии, и стала инструментом для строительства алюминиевых заводов в Стонгфьордене в 1907 году, а затем в Вигеланде.Во Франции Société Électrométallurgique Française, также основанная на патенте Héroult, была запущена около Гренобля около 1888 года. В 1899 году в Ленде, Австрия, был запущен алюминиевый завод. Небольшое количество алюминия было произведено в Германии до 1914 года, но Первая мировая война принесла срочную спрос, и несколько заводов были запущены в производство, используя электричество, произведенное паровой энергией. Позже США начали производить значительное количество алюминия в уральском промышленном комплексе, а к 1990 году первичный металл был произведен в 41 стране мира.Крупнейший алюминиевый завод в мире (мощностью один миллион метрических тонн в год) расположен в сибирском городе Братск.

Алюминиевый сплав 2024

См. Полный список объединенных алюминиевых сплавов здесь

Alloy Группа: 2XXX
ОСНОВНОЙ СПЛАВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ: Медь
Группа: Сплавы термообработанные

2024 - это термообрабатываемый алюминиевый сплав с медью в качестве основного легирующего элемента. Он используется в приложениях, требующих высокого отношения прочности к весу, а также хорошего сопротивления усталости. Из-за его высокой прочности и сопротивления усталости, 2024 широко используется в конструкциях самолетов.

ПРЕДЕЛЫ ТИПИЧНОЙ ХИМИИ
:

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Другое-каждый

Другое Всего

Al

2024

0.50

0,50

3,8-4,9

0,30-0,9

1,2-1,8

0,10

0,25

0,15

0,05

0,15

Остаток

Композиция согласно Алюминиевой Ассоциации.

ТИПИЧНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:
Следующие типичные свойства не гарантируются, так как в большинстве случаев они являются средними для различных размеров и способов изготовления и могут не быть точно репрезентативными для какого-либо конкретного продукта или размера.Данные предназначены для сравнения сплавов и отпуска и не должны использоваться для целей проектирования.

Источник: Стандарты и данные по алюминию и Объединенная база данных по алюминию

Alloy-Temper

Прочность на растяжение

(KSI)

предел текучести

(KSI)

Удлинение

(%)

2024-О

17

11

18

2024-T3

70

50

16

2024-T4

68

47

20

United Aluminium может поставлять 2024 в отожженном состоянии для максимальной формуемости.Формованные детали могут быть затем подвергнуты термообработке для повышения прочности

Хотя эти данные были разработаны United Aluminium или взяты из источников, которые United Aluminium считает надежными, эти данные должны быть тщательно оценены и проверены технически квалифицированным персоналом, прежде чем их использовать. United Aluminium не несет никакой ответственности за любое использование этих данных или в отношении нарушения какого-либо патента, и United Aluminium не дает никаких гарантий.Эта информация не должна копироваться, использоваться в качестве доказательства, раскрываться для публикации или передаваться третьим лицам без письменного разрешения United Aluminium.

© 2020 United Aluminium Corporation

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *