Алюминий металл область применения

Обновлено: 06.01.2025

Алюминий — это самый распространенный металл в земной коре, который встречается в виде изотопа. Его активная добыча связана с широкой сферой применения. Благодаря низкой теплопроводности, устойчивости к воздействию коррозии, большой тугоплавкости и жароустойчивости без этого металла не обходится ни одна сфера производства.

Особенности алюминия

Сам металл обладает белым цветом и химической активностью. Вступая в реакцию с воздухом, на его поверхности образуется оксидная пленка, которая защищает его от воздействия влаги и прочих негативных факторов, выступающих в роли раздражителей. Такая реакция не только выступает преимуществом металла, но и в некотором роде является недостатком, корректируя процесс литья.

Производство алюминия должно проходить без доступа воздуха, в противном случае вместо чистого металла будет образовываться смесь алюминия и его оксидов.

Далее рассмотрены преимущества и недостатки эматалирования, анодированного и других видов алюминия, а также его классификация.

Данное видео ознакомит вас с особенностями алюминия:

Преимущества и недостатки

Благодаря своей структуре и характеристикам, алюминий обладает следующими преимуществами:

Небольшая масса;
Устойчивость к коррозии;
Высокий коэффициент поглощения звука;
Экологическая безопасность;
Устойчивость к температурным перепадам;
Долговечность;
Возможность корректировки характеристик благодаря примесям.

Что касается недостатков, то можно отметить лишь высокую стоимость, по сравнению с другими металлами. Однако преимущества эту особенность делают менее значимой.

Классификация

Алюминий достаточно редко используется именно в чистом виде, чтобы получить необходимые функции и технические характеристики, в металл добавляются специальные примеси. Если предел прочности чистого металла составляет 90 МПа, то при добавке легирующих компонентов (магний, цинк и прочее) этот показатель можно увеличить до 700 МПа.

Такие алюминиевые сплавы можно разделить на две группы:

Деформируемые сплавы. Для их производства металл разливается изначально в специальные слитки, которые затем обрабатываются под высоким давлением одним из методов.
Литейные сплавы. Они отличаются повышенным содержанием кремния и необходимостью литья уже в готовые формы.

Про температуру плавления и кипения алюминия, иные химические свойства и характеристики металла поговорим ниже.

Свойства и характеристики

Физические свойства данного металла зависят напрямую от его чистоты. Если состав алюминия максимально приближен к единице, то в результате достигаются максимально возможные свойства. Именно поэтому он идеально подходит для ковки, штамповки и другим методам обработки.

Отличительной чертой алюминия является возможность применения разных типов сварки. Кроме этого металл обладает следующими характеристиками:

Низкий коэффициент плотности, который составляет 2,7 г/см³. От этого показателя зависит также его прочность, которая также невелика. Именно по этой причине алюминий в чистом виде не используется в конструкционных целях.
Высокий коэффициент теплопроводности. Чистый металл при температуре 200°C обладает теплопроводностью в 209 Вт/(м*К).
Температура плавления у алюминия технического типа составляет 657 °C, а у чистого — 660 °C.
Удельная теплоемкость составляет 880 Дж/кг·K.
Температура кипения — 2500 °C.

Далее рассмотрены структура и химический состав алюминия.

Структура и состав

Структура алюминия представлена кубической решеткой из кристаллов. Минимальное расстояние между двумя атомами составляет от 2,863Å. Кристаллическая решетка имеет стабильность при температурных условиях от 4К до непосредственной температуры плавления. Наличие примесей практически не влияет на структуру алюминия.

Помимо чистого алюминия в состав могут входить примеси из цинка, кремния, магния и других металлов. Далее мы рассмотрим получение и применение алюминия на основе его химических и физических свойств.

О том, как правильно расплавить алюминий при помощи газовой плиты, расскажет видеоролик ниже:

Процесс производства

Технологический процесс получения данного металла включает в себя три этапа:

Получение глинозема из первичного сырья (содержащие алюминий руды).
Создание из получившегося глинозема технического алюминия.
Процесс максимальной очистки металла.

Получение оксида алюминия происходит из глинозема под действием электролиза. Соединение должно быть максимально чистым, поскольку на этом этапе его получения весьма проблематично избавиться от ненужных примесей.

Чтобы получить алюминий с чистотой приближенной к единице, необходимо организовать несколько цехов для его обработки, каждый из которых будет отвечать за определенный этап производства. Именно поэтому чистый металл имеет достаточно высокую цену, которая достигает до 1700 долларов за 1 т (1000 кг алюминия).

Области применения

Технические характеристики и возможность подвергать алюминий различным обработкам обусловили его широкое распространение. В частности металл активно используется в следующих областях:

Авиастроение;
Автомобилестроение;
Ракетостроение;
Производство посуды;
Пищевая промышленность;
Судостроение;
Микроэлектроника;
Энергетика и многое другое.

Нередко в процессе использования алюминия применяют в симбиозе с другими металлами, например, железом, титаном, никелем, бронзой, медью и т.п. Особенности алюминия, его технические характеристики и широкое распространение сделали этот металл крайне востребованным. Ни она современная область промышленности не обходится без его применения.

Как паять алюминий без специального флюса, поведает этот видеосюжет:

Алюминий: свойства, применение, виды, способы получения

Алюминий – металлический элемент серебристо-белого цвета, его механические характеристики и технологические свойства обеспечивают широкое применение в различных отраслях промышленности, строительстве и быту.

Алюминий сочетает малую плотность и прочность, устойчивость к коррозии и резким температурным перепадам. В периодической таблице Менделеева обозначается как Al, атомный номер – 13. Этот элемент распространен в земной коре, по содержанию в ней занимает третье место после кислорода и кремния. В недрах его содержится примерно 8%. Для сравнения – золото в земной коре присутствует в количестве, равном всего миллионным долям процента.

Технологии промышленного получения алюминия

Впервые о существовании этого металла в 16 веке догадался Парацельс, выделивший из квасцов «квасцовую землю». В нейон выявил оксид неизвестного на тот момент металла, очень заинтересовавший ученого. В 18 веке его опыты повторил немецкий химик Маргграф, который и дал имя новому элементу. В переводе с латыни переводится как «вяжущий». Только в конце позапрошлого века был найден экономически выгодный способ промышленного получения алюминия.

Чаще всего этот металл получают из бокситов –вторичных пород. Они образовались при распаде алюмосиликатов первичного происхождения, которые, в свою очередь, сформировались в высокотемпературных условиях вулканических извержений. В России алюминий выделяют из нефелиновых руд, добываемых на Кольском полуострове и в Кемеровской области. Вторичные продукты добычи Al из нефелиновых руд: портландцемент, сода, удобрения.

Популярная технология получения глинозема (оксида алюминия) из бокситов – щелочной метод Байера, разработанный российскими учеными в конце 19 века. Полученный в результате этого процесса оксид Al₂O₃ – прочное химическое соединение, плавящееся при +2050°C. Металл в чистом виде получают электролизным восстановлением оксида. ОсобочистыйAlполучают трехслойным электролизом. Дополнительную очистку, если такая требуется, проводят рафинирующим электролизом с электролитом из алюмоорганических соединений, а также с помощью зонного плавления или дистилляции через субфторид.

Основные свойства алюминия

Этот элемент химически активен, но образующаяся на его поверхности плотная оксидная пленка защищает полуфабрикаты и готовые изделия от коррозионного разрушения.

Для алюминия характерны следующие физические свойства:

плотность – 2,7 г/см 3 (для сравнения – плотность железа составляет 7,85 г/см 3 );
температура плавления +600°C (железа+1535°C);
высокие электро- и теплопроводность;
парамагнетизм – металл притягивается магнитом исключительно при наличии магнитного поля;
объемная гранецентрированная металлическая кристаллическая решетка.

Основные естественные примеси, присутствующие в Al после восстановления из оксида (кремний, цинк, титан, железо, медь), влияют на физические и технологические параметры металла. Чем он чище, тем выше его электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость и, конечно, цена. Основные механические параметры: предел прочности после холодного пластического деформирования– 150 МПа, относительное удлинение – 50%.

Alлегко формуется, поддается механической обработке, сваривается различными видами сварки. Для повышения коррозионной стойкости поверхность деталей и конструкций анодируют. Анодирование – электрохимический процесс создания толстой оксидной пленки.

Химические характеристики металла алюминия:

Химическая активность. В мелкофракционном состоянии при высоких температурах Al активно соединяется с кислородом, фосфором, серой, азотом, йодом, углеродом. При комнатных температурах реагирует с бромом, хлором, щелочами.
Взаимодействие с другими металлами с образованием сплавов, содержащих алюминиды, – интерметаллические соединения.
При наличии на поверхности плотной оксидной пленки –стойкость к атмосферной коррозии, пресной и соленой воде, инертность к органическим кислотам, разбавленной и концентрированнойHNO₃. При очищенной оксидной пленке этот металл активно вступает в реакцию с водой.

Виды алюминия по степени очистки

В зависимости от процентного содержания основного элемента принята следующая классификация степеней чистоты:

Алюминий технической чистоты имеет широкое применение в промышленности, где важны его главные физические свойства – небольшая плотность, электро- и теплопроводимость. Он выпускается в виде алюминиевых листов, труб, плит, прутков, профильного проката. Их применяют для изготовления деталей и элементов конструкций, не запланированных для значительных нагрузок. Из высокоочищенных материалов выпускают фольгу и токопроводящие элементы.

Виды алюминиевых сплавов

Основная область применения алюминия– производство сплавов, которые разделяют на деформируемые и литейные.

Деформируемые

Такие марки хорошо обрабатываются на всех стадиях обработки, сочетают прочность и пластичность. Используется при производстве листов, прутков, труб, поковок, штамповок. Применяемые способы деформирования: прокатка, волочение, прессование, ковка. По способности повышать прочностные характеристики деформируемые материалы на базе алюминия подразделяют на термически неупрочняемые и термически упрочняемые.

Популярный сплав, относящийся к этой группе, – дюралюминAl-Cu-Mg, в который дополнительно вводится марганец, повышающий устойчивость к коррозии. Если ранее наиболее распространенным был материал Д1, то постепенно его заменила более технологичная марка Д16. В Евросоюзе и США используются марки 2017, 2024, 2117.Дюралюмин, выпускаемый в листах, для дополнительного улучшения коррозионной стойкости плакируют – покрывают поверхность слоем чистого Al.

Еще один представитель этой группы – авиаль (АВ), материал, используемый в авиастроении. Он немного уступает по прочности дюралюминам, но превышает их по пластичности в нормальном и нагретом состояниях. Удовлетворительно обрабатывается режущими инструментами, сваривается аргонодуговой и контактной сваркой.

Высокопрочные сплавы на основе алюминия обладают повышенными прочностными свойствами, но меньшей пластичностью по сравнению с дюралюминами. Марка В95широко применяется в самолетостроении для конструкций, эксплуатируемых при температурах выше +100°C. Хорошо сваривается точечной сваркой и обрабатывается режущими инструментами.

Литейные

Алюминиевые сплавы для фасонного литья отличаются жидкотекучестью, небольшой усадкой, стойкостью к образованию горячих трещин, коррозии. Количество легирующих элементов в таких материалах выше, чем в деформируемых. Наиболее распространены композиции Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, дополнительно легированные небольшими количествами марганца, хрома, никеля.

Примеры использования алюминия и его сплавов при производстве различных видов транспорта

Современные отрасли транспортостроения невозможно представить без материалов, созданных на основе Al, которые сочетают достаточно высокую прочность, пластичность, малую плотность и хорошую устойчивость ко многим видам коррозии.

Самолетостроение

В РФ при создании авиационной техники широко используют тремоупрочняемые высокопрочные марки, содержащие, помимо AL, цинк, магний, медь. Марки повышенной прочности и среднепрочные, не имеющие в своем составе цинка, используются для изготовления киля, крыла, фюзеляжа. Для гидросамолетов востребованы магнийсодержащие марки АМг5, АМг6 с хорошей свариваемостью и марки В92, 1915, 1420.

Создание объектов космической техники

В этой области используют сплавы на основе алюминия, обладающие хорошей устойчивостью к низким температурам. Из марки 2219, способной работать при криогенных температурных условиях в контакте с жидким кислородом, гелием, водородом, изготавливались листы, применяемые при создании космических «Шаттлов». Из алюминиево-литиевой марки 2090 изготавливают емкости для жидкого водорода.

Судостроение

Алюминиевая промышленность изготавливает полуфабрикаты из алюминия и его сплавов для использования в судостроении. Из них производят судовое оборудование, корпуса судов, коммуникационные системы, надстройки для палубы. Применение этих материалов вместо стали уменьшает массу судна, улучшает его маневренность и максимально допустимую скорость. Чаще всего в этой отрасли востребованы магний- и марганецсодержащие марки.

Железнодорожный транспорт

Подвижной состав, эксплуатируемый на железной дороге, изготавливается только из прочных, износостойких, коррозионностойких, долговечных материалов. Такие свойства имеют алюминий и сплавы на его основе. Из них изготавливают емкости для перевозки сырой нефти, темных и светлых нефтепродуктов, масел.

Автомобильный транспорт

Сочетание небольшой плотности, прочности, декоративных характеристик и коррозионной устойчивости позволяет успешно использовать алюминиевые марки в автомобилестроении. Их применение расширяет ассортимент перевозимых товаров, среди которых могут быть жидкости и газы высоких классов опасности.

Применение алюминия в металлургии

Алюминий – высокоактивный металл, поэтому его используют в металлургии в качестве мощного восстановителя при производстве хрома, кальция, марганца. Для раскисления стали используется низкокачественный материал, не подходящий для производства полуфабрикатов и готовой металлопродукции. В ходе этого процесса из расплавленного железа удаляется кислород, негативно влияющий на эксплуатационные свойства конечного продукта.

Классификация алюминия

Алюминий – серебристо-белый металл с низкой температурой плавления и невысокой плотностью, который в природе в чистом виде не встречается. Классификация алюминия зависит от количества примесей и выделяется на основе чистоты металла, назначения и состояния.

Алюминий –серебристо-белый металл с низкой температурой плавления (+600°С) и невысокой плотностью – 2,7 г/см 3 . Для сравнения: плотность железа составляет 7,8 г/см 3 , а температура его плавления +1540°C. У меди эти характеристики составляют соответственно – 8,94 г/см 3 и+1083°C. Алюминий в чистом виде в природе не встречается из-за его высокой химической активности. Металл, называемый первичным, получают обогащением глинозема. Алюминий различной степени химической чистоты используется как самостоятельный материал или в качестве основного компонента алюминиевых сплавов.

Алюминий различной степени чистоты – марки, свойства, области применения

В соответствии с ГОСТ11069-2019 первичный алюминий обозначают буквой А, его классификацияв зависимости от количества примесей выглядит следующим образом:

марка особой чистоты A999 – содержит 99,999% Al;
высокой чистоты – А995 (99,995% Al), А99 (99,99% Al), А98 (99,98% Al), А97 (99,97% Al), А95 (99,95% Al);
технической чистоты –А92 (99,92% Al), А9 (99,9% Al), А85 (99,85% Al), А8 (99,8% Al), А7 (А99,7%Al), А6 (А99,6% Al), А5 (А99,5% Al), А0 (А99,0% Al).

Алюминий отличается высокой коррозионной стойкостью благодаря оксидной пленкеAl₂O₃, которая образуется на поверхности алюминиевых металлоизделий. Чем чище металл, тем выше его устойчивость к коррозии. Алюминий особой и высокой чистоты востребован при производстве фольги, электрических проводов и кабелей, других токопроводящих элементов.

Характеристики различных марок технического алюминия регламентирует ГОСТ 4784-2019. Эти материалы обладают низкой прочностью, поэтому применяются в областях, для которых важны их основные преимущества: пластичность, хорошая свариваемость, коррозионная стойкость, высокие тепло- и электропроводность. В молекулярной решетке технического металла содержится минимальное количество примесей, рассеивающих поток электронов, поэтому он успешно используется в приборостроении, для изготовления теплообменников и нагревательных приборов, осветительного оборудования.

Области применения технического алюминия:

устройство технологических трубопроводных систем;
обустройство палубных надстроек морских и речных судов;
изготовление электротехнических шин, различных проводников;
производство цистерн и посуды.

Классификация алюминиевых сплавов по назначению и состоянию

Наиболее распространенные элементы, используемые для получения сплавов на основе алюминия: железо, кремний, марганец, цинк, медь, реже – бериллий, титан, литий, цирконий.

По запланированной области применения алюминиевые сплавы разделяют на:

Деформируемые. Они предназначаются для получения полуфабрикатов способами горячего и холодного деформирования – прокаткой, прессованием, протяжкой. Это листы, профили, прутки, трубы.
Литейные, используемые для получения фасонного литья. Характеристики литейных сплавов повышают различными способами термической обработки.
Получаемые по технологии порошковой металлургии – САС и САП.

Различают несколько видов состояния алюминия и его сплавов, обозначаемые в маркировке буквами русского алфавита:

М – мягкий, после отжига;
Т – после закалки и старения в естественных условиях;
А – плакированный;
Н – нагартованный;
П – полунагартованный.

Литейные сплавы на основе алюминия –классификация по характеристикам и химическому составу

Литейные алюминиевые сплавы чаще всего содержат кремний, улучшающий литейные характеристики. Они сочетают низкую плотность с хорошей прочностью, что обеспечивает возможность отливать изделия сложных форм без образования трещин и других дефектов. По характеристикам эти материалы условно разделяют на следующие группы:

высокогерметичные – АЛ2, АЛ9, АЛ4М;
с повышенной прочностью и жаростойкостью – АЛ5, АЛ19, АЛ33.

По химическому составу литейные алюминиевые сплавы делят на:

Силумины. Содержат значительное количество кремния. В составе наиболее популярной марки силуминов АЛ2 содержится 10-13% Si. Материал – дешевый, с хорошей коррозионной стойкостью, но низкими механическими характеристиками. Применяется при производстве изделий, не рассчитанных на восприятие серьезных нагрузок. Марки литейных алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ9, дополнительно легированные магнием, востребованы для изготовления средне нагружаемых деталей.
Медьсодержащие алюминиевые сплавы – АЛ7, АЛ19. После термообработки хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие механические характеристики при комнатных и повышенных температурах. Их минусы – низкие линейные свойства, из-за которых материал подвержен сильной усадке, склонен к образованию горячих трещин. Еще один существенный недостаток – слабая устойчивость к коррозии, поэтому отливки из этих материалов обычно анодируют. Области применения – изготовление деталей относительно простой конфигурации – кронштейнов, различного рода арматуры.
Алюминиево-магниевые марки. Могут содержать модифицирующие добавки титана, циркония, бериллия. Обладают низкими литейными характеристиками, но имеют другие ценные технические характеристики. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, отличаются повышенными механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Из марок АЛ8 и АЛ27 производят литые детали, предназначенные для эксплуатации во влажной среде, например, в судах и самолетах. Марки АЛ13 и АЛ 22 содержат до 1,5% кремния, повышающего литейные качества. Эти материалы используются в судо- и авиастроении.

Деформируемые алюминий и алюминиевые сплавы – виды и их характеристики

Деформируемый алюминий технической чистоты, в соответствии с ГОСТом 4784-2019, обозначают буквами АД и цифрами, характеризующими чистоту металла:

Обозначение деформируемого алюминия	Количество алюминия, %
АД000	99,8
АД00	99,7
АД0	99,5
АД1	99,3
АД	99,0

Деформируемые сплавы на основе алюминия по способности повышать прочностные характеристики при термической обработке разделяют на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы на основе алюминия

Дюралюмины

К термически упрочняемым сплавам относятся дюралюмины – материалы на основе алюминия, легированного медью, дополнительные добавки – магний и марганец. Обозначаются буквой Д. Ранее наиболее распространенным дюралюмином была марка Д1. Но из-за недостаточных технических параметров его заменила марка Д16, отличающаяся от Д1 более высоким содержанием магния. По прочности и твердости она может сравниться с некоторыми марками стали, но имеет существенный минус – посредственную коррозионную стойкость.

Дюралюмин, изготавливаемый в листах, для повышения коррозионной стойкости и улучшения декоративных качеств, плакируют – покрывают слоем алюминия высокой химической чистоты (не менее 99,95%Al). Толщина защитного слоя – не менее 4% от толщины дюралюминиевого листа. Минус плакирования – снижение прочности материала. Еще один способ повышения коррозионной стойкости – электрохимическое оксидирование (анодирование).

Дюралюмины упрочняют закалкой и естественным старением. Такая термообработка обеспечивает высокую коррозионную стойкость и способность к хорошей обработке режущим инструментом. Дюралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и плохо сваркой плавлением из-за склонности к появлению трещин. Способность к ковке – удовлетворительная.

Дюралюмин Д16 широко востребован в областях, требующих высоких технических характеристик: машино-, судо-, приборостроении, авиастроении, строительстве.

Сплавы авиаль

Авиали (авиационные сплавы), содержащие в качестве легирующих элементов магний, кремний, марганец, хром, медь, уступают дюралюминам по прочности, но опережают по пластичности в горячем и холодном состояниях. Основная упрочняющая фаза– Mg₂Si. К авиалям относят сплавы АВ, АД31, АД35.

Авиационные сплавы упрочняют закалкой с естественным или искусственным старением. Искусственное старение необходимо проводить сразу после закалки. Длительный промежуток времени между закалкой и искусственным старением приводит к снижению прочности материала.

После упрочняющей ТО для авиалей характерны:

хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
хорошая свариваемость точечной и аргонной сваркой;
достаточно высокая общая устойчивость к коррозии, но возможна склонность к межкристаллитной коррозии.

Высокопрочные сплавы (В)

Популярный представитель этого семейства – сплав марки В95, в состав которого входят следующие примеси и легирующие элементы:

Повышение процентного содержания цинка и магния приводит к улучшению прочностных характеристик, но одновременно и к снижению коррозионной стойкости и пластичности. Устойчивость к коррозии улучшают введением марганца.

По сравнению с дюралюминами марки В более чувствительны к концентраторам напряжений и обладают меньшей коррозионной стойкостью под напряжением. Благодаря пресс-эффекту, обусловленному присутствием в материале хрома и марганца, прессованные профили обладают более высокой прочностью по сравнению с листами из этого сплава. Для улучшения коррозионной стойкости листового проката применяют плакирование.

Сплав В95 хорошо деформируется в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном состоянии после отжига. Он хорошо соединяется точечной сваркой, обрабатывается резанием. Его применяют для создания нагруженных конструкций в авиастроении, длительно эксплуатируемых при повышенных температурах (+100…+120°C), при устройстве строительных конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки.

Сплавы для ковки и штамповки (АК)

Такие материалы пластичны, благодаря чему могут использоваться не только для ковки, штамповки, но и для получения отливок. После ковки и штамповки полуфабрикаты обычно подвергают термообработке – закалка + старение. Наиболее распространенные ковочные марки – АК6 и АК8. Марка АК6 востребована при производстве деталей сложной конфигурации, от которых требуется средний уровень прочности. Марка АК8 применяется для изготовления тяжело нагружаемых деталей способом горячей штамповки.

Области применения изделий из сплавов марки АК:

хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
способность к соединению элементов контактной и аргонной сваркой;
подверженность межкристаллитной коррозии и коррозии при существенных нагрузках на изделие или конструкцию.

Термически неупрочняемые деформируемые сплавы на основе алюминия

К таким сплавам относятся марки АМц(алюминиево-марганцевые) и АМг (алюминиево-магниевые). Алюминиево-магниевые марки могут дополнительно легироваться марганцем, измельчающим зерно и упрочняющим структуру. Эти материалы обычно применяются после отжига с охлаждением на воздухе. Для упрочнения алюминиево-магниевых и алюминиево-марганцевых сплавов может использоваться нагартовка – деформационный процесс, при котором уплотняются верхние слои металла. Эффект нагартовки исчезает в зоне сварного шва.

Для этих материалов характерны:

высокая устойчивость к коррозии;
хорошая обрабатываемость деформациями – штамповкой, гибкой;
хорошая свариваемость;
затрудненная обработка режущими инструментами.

Марки АМц и АМг применяются в областях, в которых не предъявляются высокие требования к прочности, но необходима хорошая устойчивость к коррозии. Из этих материалов изготавливают:

конструктивные элементы железнодорожных вагонов;
перегородки зданий и переборки судов;
узлы грузоподъемного оборудования.

Виды порошковых алюминиевых сплавов и области их применения

Способами порошковой металлургии на основе алюминия получают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС).

Спеченные алюминиевые порошки

Структурно эти материалы представляют собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены мелкодисперсные включения оксида алюминия, обеспечивающие упрочнение металла. Основные характеристики САП:

высокая жаропрочность;
способность хорошо деформироваться в горячем и холодном состояниях;
хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
удовлетворительная свариваемость;
высокие электропроводность и коррозионная стойкость.

Производители предлагают 4 типа САП, отличающиеся друг от друга процентным содержанием оксида алюминия – САП-1, САП-2, САП-3, САП-4. Чем больше цифра, тем больше содержание оксида, тем выше прочность, твердость, жаропрочность и тем ниже пластичность. САП востребованы при производстве турбин, компрессоров, вентиляторов, компрессоров, обмоток трансформаторов.

Спеченные алюминиевые сплавы САС

К этим материалам относятся системы:

САС-1 – алюминий-кремний, никель;
САС-2 – алюминий-кремний-железо.

Структура САС содержит дисперсные включения интерметаллидов и кремния. Для этих материалов характерны высокие прочность и твердость, сопровождаемые низкой пластичностью. Области их применения: изготовление деталей приборов, функционирующих в паре со стальными деталями и узлами.

Низкосортный алюминий имеет еще одну важную сферу использования – раскисление стали. При протекании этого процесса из расплава железа и углерода удаляется кислород, негативно влияющий на механические характеристики стали.

Использование алюминия: сферы применения чистого металла и его сплавов

Алюминий, как наиболее легкий и пластичный металл, обладает широкой сферой использования. Он отличается устойчивостью к коррозии, имеет высокую электропроводность, а также легко переносит резкие температурные колебания. Еще одной особенностью является при контакте с воздухом появление на его поверхности особой пленки, которая защищает металл.

Все эти, а также другие особенности послужили его активному использованию. Итак, давайте узнаем подробнее, каковы области применения алюминия.

Основные области применения алюминия и его сплавов

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
Электроника: провода, кабели, выпрямители;
Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
Строительство: лестницы, рамы, отделка;
Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

Как вы уже поняли, основное свое применение получили алюминий и его соединения в электротехнике (и просто технике), быту, промышленности, машиностроении, авиации. Теперь же мы поговорим о применении металла алюминия в строительстве.

О применении алюминия и его сплавах расскажет это видео:

Использование в строительстве

Использование алюминия человеком в области строительства обуславливается его устойчивостью к коррозии. Это дает возможность изготавливать из него конструкции, которые планируется использовать в агрессивных средах, а также на открытом воздухе.

Кровельные материалы

Алюминий активно используется для производства кровли. Этот листовой материал помимо хороших декоративных, несущих и ограждающих особенностей, отличается и доступной стоимостью по сравнению с остальными кровельными материалами. При этом такая кровля не требует профилактического осмотра или ремонта, а срок ее службы превышает многие существующие материалы.

При добавлении в чистый алюминий других металлов можно получить абсолютно любые декоративные особенности. Такая кровля позволяет иметь широкую цветовую гамму, которая идеально впишется в общий стиль.

Оконные переплеты

Можно встретить алюминий среди фонарных и оконных переплетов. Если с аналогичной целью использовать древесину, то она проявит себя как ненадежный и недолговечный материал.

Сталь же быстро покроется коррозией, будет иметь большой вес переплета и неудобства в его открытии. В свою очередь алюминиевые конструкции такими недостатками не обладают.

О свойствах и использовании алюминия расскажет видеоролик ниже:

Стеновые панели

Алюминиевые панели производятся из сплавов этого металла и используются для внешней отделки домов. Они могут иметь вид обычных штампованных листов или готовых ограждающих панелей, состоящих из листов, утеплителя и облицовки. В любом случае они максимально сдерживают тепло внутри дома и, обладая небольшим весом, не несут нагрузку на фундамент.

Отдельной характеристики заслуживает применение сплава алюминия разных марок.

Соединения металла

Сплавы получается в результате искусственного добавления к алюминию других металлов с целью получения необходимых свойств. И на сегодняшний момент существует нескончаемое количество составов таких сплавов, имеющих самое широкое применение.

Наиболее известной сферой их применения является авиастроение. Для производства самолетов используются сплавы, состоящие из алюминия, цинка и магния, что в результате позволяет получить сверхпрочный и надежный материал.
Также нередко используются сплавы алюминия с железом, титаном, никелем.

Если вы захотите самостоятельно изготовить что-либо из алюминия, то следующее видео расскажет вам о его расплавке в домашних условиях:

Марки алюминия

Современную промышленность трудно представить без алюминия и его сплавов. И потому так важно знать, какие марки этого металла используются для тех или иных целей. К примеру, виды, применяемые для строительства фюзеляжа космического корабля, не подойдут для производства пищевой посуды и т. д.

Маркировка алюминия используется для обозначения процентного содержания различных примесей, а также технологии получения или обогащения. Давайте же разберемся, какими физико-химическими свойствами обладают те или иные марки этого металла и где они применяются.

Какие различают марки алюминия

Придание металлу определенных свойств, усиление его характеристик возможно за счет легирования его различными химическими элементами, такими как магний, медь, цинк, кремний, марганец.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Существуют разные марки алюминия, отвечающие определенным стандартам, к примеру, «АД0» по ГОСТу 4784-97. Во избежание путаницы классификация включает высокочастотные металлы.

Алюминий может быть следующих марок:

Первичный («А5», «А95», «А7Е»).
Технический («АД1», «АД000», «АДС»).
Деформируемый («АМг2», «Д1»).
Литейный («ВАЛ10М», «АК12пч»).
Для раскисления стали («АВ86», «АВ97Ф»).

Помимо перечисленных марок алюминия, отдельно выделяют его соединения, с помощью которых создают сплавы с золотом, серебром, платиной, прочими драгоценными металлами. Такие соединения называют лигатурами.

Марки первичного алюминия

Примером этой группы можно назвать первичный алюминий марки «А5». Для его получения используется обогащенный глинозем. Встретить металл в чистом виде в природе невозможно, поскольку он обладает высокой химической активностью.

При взаимодействии с другими элементами металл образует бокситы, нефелины и алуниты. Впоследствии эти руды используются для получения глинозема, а затем путем определенных химико-физических реакций – чистого алюминия.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Требования, которым должны соответствовать марки первичного алюминия, установлены в ГОСТе 11069. Отметки об отнесении металла к определенному классу представляют собой вертикальные и горизонтальные полосы, наносимые на заготовки несмываемой краской определенных цветов. Первичный алюминий используется в ведущих промышленных областях, по большей части в тех, где необходимы повышенные технические характеристики сырья.

Марки технического алюминия

В марках технического (нелегированного) алюминия содержание посторонних примесей составляет не более 1 %.

По ГОСТу 4784-97 марки технического алюминия должны обладать повышенной антикоррозионной стойкостью. При этом их прочность не очень высока. Отсутствие в составе металла легирующих элементов приводит к образованию на его поверхности устойчивой защитной оксидной пленки.

Отличительными чертами марок технического алюминия являются высокая тепло- и электропроводность. Молекулярная решетка отличается почти полным отсутствием примесей, рассеивающих поток электронов. Подобные свойства позволяют применять металл в таких сферах, как приборостроение, изготовление оборудования для нагревания и теплообмена, освещения.

Марки деформируемого алюминия

Различные марки алюминия обрабатываются в горячем и холодном виде путем прокатки, прессования, волочения и т. п. Пластические деформации позволяют получать заготовки с разным продольным профилем: алюминиевые прутки, листы, ленты, плиты, профили и пр.

Требования, предъявляемые к деформируемым маркам алюминия, закреплены в ГОСТе 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026. Отличительная черта металла заключается в твердой структуре раствора, в котором содержится большой процент эвтектики – жидкой фазы, находящейся в равновесии с двумя и более твердыми состояниями вещества.

Марки деформируемого металла широко применяются в таких отраслях, как самолето- и кораблестроение, строительство (для сварочных работ), т. е. в сферах, в которых требуются повышенные технические характеристики материалов.

Марки литейного алюминия

Фасонные изделия производятся из марок алюминия для литья, характерными свойствами которых является высокая удельная прочность, сочетающаяся с низкой плотностью. Благодаря этим особенностям возможно изготовление (отлив) деталей различной конфигурации без появления трещин.

Существует деление литейных марок металла на группы в соответствии с предназначением. Они бывают:

высокогерметичными («АЛ2», «АЛ9», «АЛ4М»);
высокопрочными и жароустойчивыми («АЛ19», «АЛ5», «АЛ33»);
коррозионно-устойчивыми.

Для повышения свойств деталей из этих видов алюминия используют различные способы термической обработки.

Марки алюминия для раскисления

Физические свойства материала изготовления влияют на итоговые характеристики товара. Алюминий низкого качества не подходит для производства продукции, однако одним из вариантов его использования является раскисление стали. В процессе раскисления из расплавленного железа удаляется растворенный в нем кислород. За счет этого улучшаются механические свойства металла. Процесс выполняется с алюминием марок «АВ86» и «АВ97Ф».

Марки алюминия и его сплавов

Существует деление алюминиевых сплавов на:

деформируемые (используются для поковки и проката);
литейные (для отлива деталей).

Требования к их химическому составу определены в ГОСТах 1131 и 4784-97.

В зависимости от типа упрочнения сплавы могут быть:

термоупрочняемыми;
упрочняемыми давлением.

Более распространенной является другая классификация, в основе которой лежат характеристики сплавов. Согласно ей термоупрочненные сплавы делятся на:

жаропрочные («АК4», «АК4-1», «Д20», «1201»);
высокопрочные («В93» и «В95»);
высокопластичные средней прочности, или авиали, легируемые алюминием, магнием и кремнием («АД33», «АД31» и «АД35»);
свариваемые с обычной прочностью («1925» и «1915»);
дюрали с нормальной прочностью, легируемые алюминием, медью и магнием («Д16», «Д1» и «Д18»);
ковочные («АК8» и «АК6»).

Термически неупрочняемые стали с повышенной коррозионной устойчивостью и свариваемостью делятся на:

высокопластичные средней прочности, называемые магналиями («АМг1», «АМг6», «АМг2» и др.);
высокопластичные низкой прочности, легируемые магнием («Д12» и «АМц»), и нелегируемые, или технический алюминий («АД1» и «АД0»).

При изготовлении листов должны соблюдаться требования ГОСТа 21631–76. Классифицируется продукция в зависимости от области применения и свойств:

Из кислотостойких марок листового алюминия производят баки для топлива, сварные емкости, элементы самолетов, заклепки, рамы и автомобильные радиаторы. Для металла характерна хорошая свариваемость и коррозионная устойчивость, повышенная пластичность и деформируемость. Для изготовления плоских кислотостойких листов используются сплавы алюминия марок «АМг» (2, 3, 5 и 6), легируемые марганцем и магнием.
Технический алюминий используется для отделочных и изоляционных работ. Его преимущества заключаются в финансовой экономии, обусловленной повышенной гибкостью и небольшой массой листов.
В строительстве широко применяется гладкий перфорированный алюминий, он используется для изготовления решеток воздуховодов, декоративных интерьерных деталей, усиления гипсокартонных углов. Отверстия в перфорированных деталях могут быть прямоугольными, круглыми, ромбовидными. Делаются они на специальных прессах координатно-пробивного типа.
Марки пищевого алюминия производятся из отожженных, полунагартованных и нагартованных (холоднодеформированных для упрочнения материала) сплавов («А5М», «А5Н2», «А5Н»), а также из не подвергавшегося термической обработке первичного алюминия («А7» или «АД0»). Для листов характерна высокая гигиеничность, отсутствие примесей и легирующих элементов.

Готовый прокат может быть как листами, толщиной от 0,3–2 мм, так и плитами, толщиной до 10,5 мм. Ширина проката составляет 0,5-2 м, длина – 2–7,2 м.

Отдельно отметим гофрированные алюминиевые листы (профилированные), используемые для кровельных работ. Их отличительными чертами являются долговечность и высокие эксплуатационные характеристики.

Профилированные изделия изготавливаются из марок алюминия, подходящих для гибки, и обладают следующими достоинствами:

Кроме того, выпускаются также алюминиевые анодированные листы с матовой, зеркальной или полуматовой поверхностью. Бытовые приборы, оконные жалюзи, осветительные приборы, декоративные элементы, солнечные батареи производятся из аланода – листа алюминия, имеющего зеркальную поверхность. Сфера его использования напрямую связана со светоотражающими способностями.

Таблица основных марок алюминия и его сплавов

Ниже приведены марки стали алюминия в соответствии с классами, к которым они относятся:

Алюминий для раскисления

Алюминиевый деформируемый сплав

Алюминиевый антифрикционный сплав

Согласно ГОСТу 4784-97 алюминий маркируется буквами и цифрами. Расшифровка марок алюминия приведена ниже, в ней используются следующие обозначения:

«А» – технический алюминий;
«Д» – дюралюминий;
«АК» – алюминиевый сплав, ковкий;
«АВ» – авиаль;
«В» – высокопрочный алюминиевый сплав;
«АЛ» – литейный алюминиевый сплав;
«АМг» – алюминиево-магниевый сплав;
«АМц» – алюминиево-марганцевый сплав;
«САП» – спеченные алюминиевые порошки;
«САС» – спеченные алюминиевые сплавы.

Следом за этими буквами указывается номер марки алюминия и буква, обозначающая состояние сплава:

«М» – мягкий (после отжига);
«Т» – естественно состаренный и закаленный;
«А» – плакированный (покрытый слоем чистого алюминия);
«Н» – нагартованный;
«П» – полунагартованный.

Марки листов алюминия

Для производства этих заготовок используется алюминий или его сплавы, деформируемые в горячем виде, а затем прокатываемые в холодном.

Листы изготавливаются из:

технического алюминия марок «А0», «АД0», «А5», «А6»;
дюралевых сплавов марок «Д1», «Д12», «Д16»;
деформируемых сплавов «АД31»;
алюминиево-марганцовых сплавов «АМц»;
алюминиево-магниевых – «АМг».

Чтобы повысить коррозионную устойчивость, листы плакируют, то есть покрывают пленкой из чистого алюминия, которая может иметь толщину, достигающую 5 % от общей толщины листа.

Поверхность стандартных алюминиевых листов (общего и специального назначения) обычно гладкая, имеющая повышенную, высокую или обычную отделку. Из листов производят нержавеющие изделия, используемые в таких отраслях промышленности, как топливная, пищевая, химическая, строительство и машиностроение.

Для производства листов используется алюминий и его сплавы марок «А5», «1105», «АД», «АМг1», «АМг3», «А6М», «АМг2», «АМг5», «АМц», «АМг6», «АД1», «ВД1», «Д16» и пр.

Поверхность листа марки «А5» – матовая, толщина варьируется от 0,5 до 10 мм, отделка обычного качества. По своему химическому составу он соответствует требованиям ГОСТа 11069-74. Реализуется как в листах, так и в рулонах.

Характеризуется высокой теплопроводностью, коррозионной стойкостью. Благодаря высоким пластическим свойствам металлопрокат марки «А5» легко формуется разными способами и обрабатывается. Эта марка алюминия подходит для сварки аргоном.

В зависимости от состояния металла листы могут быть:

нагартованными (А5Н);
мягкими или отожженными («А5М»).

«А5Н» относится к прочным маркам алюминия. Такое свойство обусловлено его холодной обработкой давлением. В то же время ударная вязкость и пластичность материала снижена.

Из листов марки «А5» изготавливают промышленные конструкции и оборудование, в том числе емкости для пищевых продуктов, декоративные элементы, покрытия для обшивки.

При изготовлении отожженных листов из марок мягкого алюминия «А6М» соблюдаются требования ГОСТа 21631-76. Материал используется в пищевой промышленности. Алюминий «А6» по составу соответствует требованиям ГОСТа 11069-74.

Для изготовления проката «1105» используется дюралюминий, легированный магнием и медью. Для обозначения дюрали используются две первые цифры (11), для порядкового номера сплава – последние.

Листы алюминия марки «1105» используются для изготовления сварных конструкций и деталей, эксплуатируемых в условиях низких температур:

Алюминиевый лист «1105Н» представляет собой нагартованный прокат, для придания большей прочности пластически деформированный. Изменение свойств и структуры обусловлены давлением, воздействующим на его поверхность. При снижении ударной вязкости и пластичности увеличиваются такие свойства, как прочность и твердость.
Алюминиевый лист «1105М» представляет собой отожженный при высоких температурах металлопрокат, отличающийся пластичностью, ковкостью и мягкостью.
Алюминиевые листы, имеющие утолщение и плакировочный слой, обозначаются «1105УМ», без плакировочного слоя – «1105АМ». Отличительной чертой является высокая устойчивость к воздействию агрессивной эксплуатационной среды.
Закаленные, естественно состаренные алюминиевые листы, применяемые в различных промышленных областях, маркируются «1105Т». Сортамент с нормальной плакировкой обозначают «1105АТ».

Листовой алюминий марки «АД».

Высокая пластичность и коррозионная устойчивость – отличительные черты листов «АД», изготавливаемых из технического алюминия с малым количеством примесей. Листы могут быть мягкими («АДМ») и нагартованными («АДН»). Используются в качестве заготовок в различных промышленных сферах.

Материал можно приобрести как в листах, так и в рулонах. Для производства листового используется алюминий марки «АД1», соответствующий требованиям ГОСТа 21631-76 и ГОСТа 4784-74. Отличительные черты – простота формовки и механической обработки, коррозионная устойчивость. Чистота сплава в процентном отношении обозначена цифрами, деформируемый металл – буквами.

Это деформируемый сплав, для легирования которого используется магний. Цифрой обозначается содержание главного легирующего элемента (1 % магния). Отличительные черты материала – хорошая свариваемость, пластичность, коррозионная стойкость. Марки алюминия находят применение в производстве строительных конструкций и деталей в промышленной сфере.

Имеет характеристики аналогичные «АМг1», однако с двухпроцентным содержанием магния. Легко режется. Высокая электропроводность обусловлена небольшим включением примесей.

Содержит 3 % легирующего вещества – магния. Выпускается в форме рулонов и листов. Основные характеристики: отличная пластичность, коррозионная устойчивость, свариваемость. Из марок алюминия «АМг3» изготавливают средние по прочности конструкции, сварные баки, промышленные трубопроводы, гидравлическое оборудование, каркасы и обшивку железнодорожных вагонов.

Листы с 5%-ным с содержанием магния. Из марок авиационного алюминия изготавливают химические емкости, используемые под давлением, трубопроводы, сварные внешние конструкции, обшивку речных и морских судов, самолетов и грузовых автомобилей.

Деформируемый сплав, используемый так же, как и «АМг5», но с содержанием 6 % магния.

Алюминиевые листы, в которых содержится 1–1,6 % марганца. Материал характеризуется легким свариванием, пластичностью, коррозионной устойчивостью. Его используют в производстве судовой обшивки, строительных конструкций, радиаторов, емкостей для напитков, декоративных элементов, химических емкостей, эксплуатируемых под высоким давлением.

Для производства «ВД1» используется дюралюминиевый деформируемый сплав высокой прочности, легированный магнием и медью. Отличается пластичностью, простотой обработки, коррозионной устойчивостью. Чтобы усилить стойкость к коррозии, применяют дополнительное плакирование, т. е. наносят слой чистого алюминия.

Различные марки алюминия широко применяются во всех сферах промышленности. Металл входит в пятерку наиболее распространенных в мире. В естественных условиях он является составной частью различных руд. Добавляя другие компоненты, создают различные марки алюминия, обладающие улучшенными характеристиками, например, более высокой коррозионной устойчивостью, прочностью, жаростойкостью.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: