7.2 Алюминий и сплавы на его основе

Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Аллотропических превращений не имеет. Кристаллизуется в решетке гранецентрированного куба. Температура плавления 660?С.

По распространению в природе алюминий занимает первое место среди всех металлов. В составе земной коры его содержится около 8%. По объему производства и масштабам применения он уступает только черным металлам.

Алюминий почти в 3 раза легче железа, его плотность 2,7 г/см?. Алюминий химически стоек в различных агрессивных средах, морской воде, в органических и минеральных кислотах. На воздухе алюминий быстро покрывается плотной оксидной пленкой, которая не пропускает кислород (в отличие от оксидов железа) в толщу металла. Это делает алюминий стойким против атмосферной коррозии.

Механические свойства алюминия сравнительно невысоки, он имеет небольшую твердость и прочность. Ценными технологическими свойствами алюминия являются его высокая пластичность и свариваемость. Относительное удлинение алюминия 40%. Высокая пластичность позволяет раскатывать его в очень тонкие листы. Алюминий легко подвергается горячей и холодной обработке давлением, а также хорошо сваривается различными видами сварки.

Чистый алюминий имеет низкие литейные свойства и плохо обрабатывается резанием на металлорежущих станках.

Алюминий имеет хорошую электропроводимость, составляющую 65% электропроводимости меди. Однако при расчете алюминиевых проводов эквивалентного сечения при заданной силе тока алюминиевый провод получается примерно в 2 раза легче, чем медный. Поэтому значительная часть выплавляемого алюминия расходуется на производство электрических проводов и кабелей.

Ввиду сравнительно невысоких механических свойств технически чистый алюминий как конструкционный материал используется сравнительно редко. Из чистого алюминия благодаря высокой коррозионной стойкости изготовляют цистерны для перевозки нефтепродуктов, емкости для транспортировки пищевых продуктов, консервные банки, бидоны, фольгу для упаковки различных продуктов, предметы домашней утвари (тазы, чайники, миски, кастрюли и т.д.).

Благодаря высокой теплопроводности алюминий используется для различных теплообменников, в промышленных и бытовых холодильниках.

В авиационной промышленности чистый алюминий применяется для масло- и бензопроводов, в виде фольги для изготовления мощных конденсаторов.

Алюминий и его сплавы не теряют пластичность при отрицательных температурах, поэтому из них изготовляют сосуды для хранения криогенных жидкостей (жидкого азота), теплообменники для сжижения гелия и др.

Высокая отражательная способность алюминия используется для производства мощных рефлекторов, зеркал, больших телевизионных экранов, антенн и др.

В последнее время увеличилось применение алюминия в строительстве (оконные рамы, двери, фасады домов, поручни и т.д.).

Основная же масса алюминия расходуется на производство алюминиевых сплавов, которые благодаря малой плотности и достаточной прочности широко используются в машиностроении, авиационной технике, в судостроении и в других отраслях.

В результате легирования алюминия различными элементами получаются сплавы с достаточно высокой прочностью, малой плотностью и хорошими технологическими свойствами. Однако примеси понижают электро- и теплопроводность алюминия, коррозионную стойкость и пластичность, повышается одновременно его прочность и твердость.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются медь, магний, кремний, марганец и цинк. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием сплавы типа твердых растворов.

По технологии изготовления сплавы на основе алюминия подразделяются на две основные группы – деформируемые и литейные.

К деформируемым относятся алюминиевые сплавы, перерабатываемые в изделия различными методами обработки давлением. Как правило эти сплавы содержат около 4% меди, 0,5% магния, а также марганец и железо. Деформируемые сплавы характеризуются сравнительно невысокой прочностью, но хорошей пластичностью. Эти сплавы хорошо свариваются практически всеми видами сварки.

Деформируемые сплавы используются для изготовления обработкой давлением различных полуфабрикатов – листов, плит, прутков, фасонных профилей, труб, проволоки и др.

Наиболее распространенными деформируемыми сплавами являются дуралюмины (от французского dur – твердый). Марки этих сплавов обозначают буквой Д и цифрами, которые являются условными номерами сплавов, например Д1, Д16, Д18 и др. Дуралюмины более высокого качества (более чистые по примесям) обозначают буквой А, например Д16А.

Для повышения механических свойств дуралюмины подвергают различным способам термической обработки.

Дуралюмины отличаются пониженной коррозионной стойкостью, особенно во влажной атмосфере, речной и морской воде. Для повышения коррозионной стойкости большая часть листового дуралюмина выпускается в плакированном состоянии. Сущность плакирования состоит в том, что на обе поверхности листа наносят тонкий защитный слой из чистого алюминия и подвергают совместной горячей прокатке. Толщина этого слоя составляет 3…5% от толщины листа.

Под названием авиаль (авиационный алюминий) марок АД31, АД33, АД35 и др. выпускаются алюминиевые сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости. При этом в качестве легирующих добавок используют магний и кремний.

По сравнению с дуралюминами сплавы данной группы уступают им по прочности, но более пластичны как в горячем, так и в холодном состоянии и обладают лучшей коррозионной стойкостью. Высокая пластичность сплавов позволяет подвергать их штамповке, вытяжке, изготовлять из них полые профили.

Сплавы данной группы широко применяются в легкой, авиационной промышленности, судостроении и строительстве, где требуется сочетание высокой пластичности, коррозионной стойкости и декоративного вида.

Наиболее распространенными литейными сплавами на основе алюминия являются сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами. Они маркируются буквами АЛ (алюминиевый литейный) и порядковой цифрой, которая какой-либо информации о составе и свойствах сплава не несет, например АЛ1, АЛ2, АЛ4 и др.

Силумины характеризуются высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью и малой усадкой) и достаточной коррозионной стойкостью. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются. Применяются для изготовления отливок ответственного назначения (блоки двигателей, поршня цилиндров и др.) и сложной формы.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008