Алюминий и его сплавы. Свойства, маркировка и применение.

Алюминий — один из наиболее распространенных и легких конструкционных материалов. Плотность его 2, 7 г/см3, температура плавления около 660 °С, твер­дость после прокатки и отжига около 20—25 НВ, отно­сительное удлинение 30—40%, предел прочности на растяжение 80—100 МПа. Это пластичный металл се­ребристо-белого цвета, обладает высокой теплопровод­ностью и электропроводностью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается; на воздухе покрывается тон­кой оксидной пленкой, защищающей металл от дальней­шего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах.

1 Недостатками алюминия являются плохая обраба­тываемость на металлорежущих станках и низкие ли­тейные свойства.

Основными рудами для выплавки алюминия служат бокситы, алуниты, каолины и др. Наиболее богатые алюминием руды — бокситы — содержат до 50—60% оксида алюминия (глинозема А1203), а также оксиды железа, кремния, титана, кальция и других метал­лов.

Технологический процесс производства алюминия состоит из двух основных этапов: получение глинозема из руд и извлечение алюминия из глинозема и рафи­нирование алюминия. Сущность получения глинозема заключается в выщелачивании его едким натром и пе­реводе в раствор алюмината натрия (Na20 • А1203), из которого затем осаждается гидрат оксида алюминия (А1(ОН)3). В результате промывки и прокаливания гид­рата оксида алюминия получают глинозем. Металли­ческий алюминий извлекают электролитическим разло­жением глинозема в электролизной ванне. Электроли­том служит раствор глинозема в криолите (Na3AlF6).

Электролизная ванна (рис. 25) состоит из стального кожуха футерованного изнутри огнеупорным кирпи­чом 2 и угольными плитами 3. Катодные шины 4 соеди­нены с отрицательным полюсом источника электрическо­го тока, а анодные шины 5 —с электродами 6. Ванну засыпают криолитом и глиноземом и включают электри­ческий ток напряжением 4—5 В и силой около 75000 А. Под действием высокой температуры шихта расплавля­ется и глинозем разлагается на алюминий и кислород. Жидкий алюминий 7 скапливается на дне ванны, а за­тем периодически сливается в раздаточный ковш. По­лученный таким способом черновой алюминий подвер­гают рафинированию. Неметаллические и газовые включения отделяют переплавкой металла и продувкой хлором, а примеси других металлов удаляют электро­литическим способом рафинирования, используя в ка­честве электролита фтористые и хлористые соли. Основ­ными металлическими примесями алюминия являются железо, кремний, натрий, медь и др.

Наша промышленность в зависимости от содержа­ния примесей выпускает около тридцати марок алюми-ния^ составляющие группы особой, высокой и техниче­ской чистоты. Причем чистота алюминия всех марок превышает 99%. Превышение чистоты на десятые или сотые доли процента указывается в марке после на­чальной буквы А. Так, в алюминии особой чистоты А999 содержится 0, 001% примесей, высокой, чистоты А995, А99, А97, А95—от 0, 005 до 0, 05% примесей и техниче­ской чистоты А 85, Л 8, А 7, А 6, А 5, АЕ — от 0, 15% до 1, 0% примесей. Буква Е в марке АЕ показывает, что данный алюминий предназначен для изготовления элек­трических проводов.1

Алюминий отливают в виде чушек массой 5, 15 и 1000 кг и плоских слитков различной длины толщиной 140—400 мм и шириной 560—2025 мм.

Алюминий имеет самое разнообразное применение в промышленности. Значительная часть его расходуется на изготовление электрических проводов взамен более дорогой меди. Алюминий широко используется в быту, в пищевой промышленности, в электронике и ядерной энергетике. Из алюминия и его сплавов изготавливают корпуса самолетов, блоки, коробки передач, моторы, на­сосы, детали для искусственных спутников и космиче­ских кораблей, цистерны для перевозки и хранения хими­ческих продуктов, различные трубопроводы, рамы и двери; его применяют как антикоррозионное покрытие, " а также в качестве легирующего элемента в различных сплавах и активного раскислителя при выплавке сталей.

Сплавы алюминия. Свойства, маркировка и приме­нение. Сплавы алюминия делятся на две основные груп­пы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы легируются медью, магнием, мар­ганцем, цинком, железом, кремнием и другими элемен­тами, имеют высокую пластичность, выпускаются в виде листов, полос, плит, прутков, проволоки, труб и т. д. Эти сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые алюминиевые сплавы могут повышать свою прочность при термической обработке. Наиболее распространенным упрочняемым сплавом является дюр­алюминий — сплав алюминия с медью, кремнием и же­лезом, а иногда с марганцем и магнием. Дюралюминий маркируется буквой Д и цифрой, указывающей номер сплава. Химический состав дюралюминия при марки­ровке не отражается.

Промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия: Д1, Д16, Д18, Д19 и Д20, в которых со­держится меди 2, 2—7, 0%, кремния и железа 0, 6—1, 4%, марганца и магния 0, 4—2, 5%. Однако дюралюминий имеет низкую коррозионную стойкость и для защиты от коррозии подвергается плакированию — нанесению на поверхность деталей и изделий тонкого защитного слоя из чистого алюминия. Наиболее распространенны­ми неупрочняемыми сплавами алюминия являются сплавы на основе алюминия и марганца, алюминия и магния. Эти сплавы маркируются буквами АМц и АМг, за которыми следуют цифры, указывающие номер спла­ва. Промышленность выпускает сплавы алюминия с марганцем марки АМц, содержащей от 1, 0 до 1, 6% марганца, и сплавы с магнием марок AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, содержащие от 0, 5 до 6, 8% магния. Неупрочняемые сплавы алюминия отличаются высокой коррозионной стойкостью; повышение проч­ности этих сплавов достигается в результате пластиче­ской деформации.

Литейные сплавы алюминия обладают высокой жид-котекучестью. Применяемые литейные сплавы в зави­симости от основного легирующего элемента делятся на пять групп. Первая группа сплавов легируется магни­ем, вторая — кремнием, третья — медью, четвертая — кремнием и медью и пятая — несколькими легирую­щими элементами одновременно. Все литейные сплавы маркируются буквами АЛ (алюминий литейный) и но­мером, который не характеризует ни состав, ни свойст­ва сплавов: АЛ 1, АЛ2, АЛЗО. Сплавы алюминия с высоким содержанием магния обладают высокими ме­ханическими и антикоррозионными свойствами, но худши­ми литейными свойствами по сравнению с другими груп­пами сплавов. Сплавы с вцсоким содержанием кремния, называемые силуминами, содержат 10—13% кремния, характеризуются лучшими литейными свойствами, но недостаточно прочны. Для повышения прочности силу­минов снижают содержание в них кремния и увеличи­вают добавки меди, марганца и магния. Легирование силуминов цинком повышает их жидкотекучесть и кор­розионную стойкость. Литейные сплавы алюминия по­ставляются как в виде готовых отливок, так и в виде чушек.