Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, применение

Для производства алюминия используют бокситы — это горная порода, которая содержит гидраты оксида алюминия. Мировые запасы бокситов почти не ограничены и несоизмеримы с динамикой спроса.

Боксит дробят, измельчают и сушат. Получившуюся массу сначала нагревают паром, а затем обрабатывают щелочью — в щелочной раствор переходит большая часть оксида алюминия. После этого раствор длительно перемешивают. На этапе электролиза глинозем подвергают воздействию электрического тока силой до 400 кА. Это позволяет разрушить связь между атомами кислорода и алюминия, в результате чего остается только жидкий металл. После этого алюминий отливают в слитки или добавляют к нему различные элементы для создания алюминиевых сплавов.

СТРУКТУРА

Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10 -10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10 -10 м, а атомный объем 9,999×10 -6 м 3 /г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10 -5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А123, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

Добыча

После кислорода и кремния этот металл – наиболее распространенный элемент в земной коре, где он присутствует в виде соединений с другими элементами. Его получают из алюминиевых руд. Наиболее высокое содержание (50% оксидов этого металла+глинозем, содержащий этот компонент) находится в бокситах, которые залегают на поверхности земли. Наилучшие залежи этих минералов расположены в экваториальных и тропических регионах.

Для их добычи используется сложное оборудование: краны, машины для раздачи глинозема, установка по газоочистке, электролизер. Также в ходе процедуры задействованы просторные помещения и мощная электросеть. Поэтому заводы по производству этого продукта обычно расположены вблизи электростанций. В современных условиях этот металл получают благодаря процессу Холла-Эру.

Предел текучести

Напряжение, которое необходимо для достижения заданной малой пластической деформации в алюминии или другом материале при одноосной растягивающей или сжимающей нагрузке.

Если пластическая деформация под воздействием растягивающей нагрузки задается как 0,2 %, то применяется термин «предел текучести 0,2 %» (Rp0,2).

Рисунок 4 – Типичная диаграмма напряжение-деформация
для алюминиевых сплавов

Химические свойства

Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Основные свойства алюминия

Главными факторами, определяющими обширность использования любого материла, являются его свойства и показатели. На сегодняшний день Сплавы на основе алюминия применяются практически во всех сферах деятельности. Простой причиной для такого распространения служат основные свойства алюминия, которые приведены в списке.

  • плотность — 2,7 г/см³
  • температура плавления технического алюминия — 658 °C;
  • температура плавления чистого алюминия — 660 °C;
  • удельная теплота плавления— 390 кДж/кг;
  • температура кипения — 2500 °C;
  • удельная теплота испарения— 10,53 МДж/кг;
  • удельная теплоемкость— 880 Дж/кг·K;
  • временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², временное сопротивление деформируемого — 18—25 кг/мм²,временное сопротивление сплавов — 38—42 кг/мм²;
  • Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²;
  • пластичность у технического — 35 %;
  • пластичность у чистого — 50 %;
  • Модуль Юнга— 70 ГПа;
  • Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10 6 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражающей способностью;
  • Слабый парамагнетик;
  • Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10 −6 К −1 (20…200 °C);
  • Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м;
  • Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10 −3 K −1 . Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Важным свойством, которым отличаются сплавы на основе алюминия — это высокая пластичность. Легко может раскатываться в фольгу, что особенно важно для использования в электронике и электротехнике. Материал легко может обрабатываться при небольших механических усилиях. Невысокая температура плавления позволяет переплавлять и изготавливать детали из сплавов алюминия с минимальными энергетическими затратами, что удешевляет производство и саму продукцию.

Марки алюминия по ГОСТУ

Алюминий и его сплавы, равно как и другие металлы, маркируется по установленным стандартам. Так, существуют марки алюминия по ГОСТУ, которые приведены в списках.

Деформируемые алюминиевые сплавы:

Упрочняемые термической обработкой:

  • Дюраль Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg];
  • Сплав авиаль (АВ);
  • Высокопрочный сплав (В95);
  • Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]).

Не упрочняемые термической обработкой:

  • Сплавы алюминия с марганцем (АМц);
  • Сплавы алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6).

Литейные алюминиевые сплавы для фасонного литья:

  • Сплавы алюминия с кремнием (силумин /) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) — высокая плотность отливок, легко обрабатываются резанием, отличаются высокими линейными показателями;
  • Сплавы алюминия с медью Al-Cu (АЛ7, АЛ19) — высокие механические свойства после термической обработки, легко обрабатываются резанием;
  • Сплавы алюминия с магнием Al-Mg (АЛ8, АЛ27) — повышенная стойкость к коррозии, повышенные механические свойства, легко обрабатывается резанием;
  • Жаропрочные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) — легко обрабатываются резанием, повышенная жаропрочность.

Классификация с точки зрения удобства механической обработки (Мягкие и пластичные, неудобные для механической обработки резанием):

  • Отожженные — Д16, АВ;
  • Не упрочняемые термической обработкой — АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6.

Относительно прочные и твердые сплавы алюминия, которые достаточно легко обрабатывать механическим путем:

  • Закаленные и искусственно состаренные: Д16Т, Д16Н, АВТ;
  • Ковочные: АК6, АК8, АК4-1;
  • Литейные: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ8, АЛ27, АЛ1, АЛ21, АЛ33.

post_views_count: 1385

  • vote-total: 3
  • vote-rating: 15
  • —>

    Оставьте свой комментарий Отменить ответ

    Анодированный алюминий получил высокую популярность благодаря яркости цвета, равномерности покрытия…

    Как производят крылатый металл

    Производство металла можно разделить на две стадии.

    • Первая — добыча бокситов, их дробление и отделение кремния при помощи пара.
    • Вторая стадия: глинозем смешивают с расплавленным криолитом и воздействуют на смесь электротоком. В процессе реакции жидкий алюминий оседает на дне ванны.
    Читайте также  Копалка для огорода

    Образовавшийся металл отливают в слитки; далее он отправляется потребителям или на производство сплавов и высокочистого алюминия.

    Метод энергозатратный, «кушает» много электричества.

    Бывает технический и сверхчистый

    Полученный алюминий называется техническим или нелегированным. В нем содержание чистого металла не менее 99%. Его потребляет электронная промышленность, он необходим в производстве теплообменных и нагревательных устройств, осветительного оборудования.

    Часть этого металла отправляется на дополнительную очистку, «рафинирование». В результате имеем металл высокой чистоты, с содержанием алюминия не менее 99,995%.

    Его употребляют в электронике, в производстве полупроводников. Кабельное производство, химическое машиностроение сейчас не обойдется без сверхчистого алюминия.

    Металл для крыльев

    Без такого металла, как алюминий, невозможно покорение неба. Крыльев людям не дано, а летать хочется человеку с давних времен. Не напрасно миф об Икаре живет с античных времен. Попытки взлететь предпринимались неоднократно.

    Но прорыв случился в 1903 году, когда романтики неба и замечательные механики братья Райт подняли в воздух самолетик. Этот самолет открыл путь в небо.

    Что такое алюминий

    Алюминий (Al) — это мягкий металл серебристо-серого цвета. Имеет блестящий вид Алюминий имеет легкий вес по сравнению с другими металлами. Он податлив, то есть может деформироваться под давлением. Эти свойства алюминия сделали его для использования в авиастроении.

    Алюминий обладает высокой устойчивостью к коррозии, поскольку он может образовывать защитный слой на своей поверхности путем окисления в оксид алюминия. Кроме того, это хороший проводник тепла и электричества. Степень пластичности высока для алюминия; это означает, что алюминий может быть легко расплавлен и вытянут в проволочные структуры. Алюминиевая фольга непроницаема, даже если она очень тонкая.

    Металлический алюминий получают из оксида алюминия (оксида алюминия). Процесс рафинирования алюминия от глинозема известен как процесс Холла-Херулта. Процесс включает в себя следующие шаги.

    • Растворение глинозема в расплавленном криолите.
    • Разделение глинозема на его элементы путем электролиза.

    Рисунок: кубик алюминия

    Основные свойства алюминия

    Главными факторами, определяющими обширность использования любого материла, являются его свойства и показатели. На сегодняшний день Сплавы на основе алюминия применяются практически во всех сферах деятельности. Простой причиной для такого распространения служат основные свойства алюминия, которые приведены в списке.

    • плотность — 2,7 г/см³
    • температура плавления технического алюминия — 658 °C;
    • температура плавления чистого алюминия — 660 °C;
    • удельная теплота плавления— 390 кДж/кг;
    • температура кипения — 2500 °C;
    • удельная теплота испарения— 10,53 МДж/кг;
    • удельная теплоемкость— 880 Дж/кг·K;
    • временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², временное сопротивление деформируемого — 18—25 кг/мм²,временное сопротивление сплавов — 38—42 кг/мм²;
    • Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²;
    • пластичность у технического — 35 %;
    • пластичность у чистого — 50 %;
    • Модуль Юнга— 70 ГПа;
    • Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10 6 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражающей способностью;
    • Слабый парамагнетик;
    • Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10 −6 К −1 (20…200 °C);
    • Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м;
    • Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10 −3 K −1 . Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

    Важным свойством, которым отличаются сплавы на основе алюминия — это высокая пластичность. Легко может раскатываться в фольгу, что особенно важно для использования в электронике и электротехнике. Материал легко может обрабатываться при небольших механических усилиях. Невысокая температура плавления позволяет переплавлять и изготавливать детали из сплавов алюминия с минимальными энергетическими затратами, что удешевляет производство и саму продукцию.

    Марки алюминия по ГОСТУ

    Алюминий и его сплавы, равно как и другие металлы, маркируется по установленным стандартам. Так, существуют марки алюминия по ГОСТУ, которые приведены в списках.

    Деформируемые алюминиевые сплавы:

    Упрочняемые термической обработкой:

    • Дюраль Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg];
    • Сплав авиаль (АВ);
    • Высокопрочный сплав (В95);
    • Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]).

    Не упрочняемые термической обработкой:

    • Сплавы алюминия с марганцем (АМц);
    • Сплавы алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6).

    Литейные алюминиевые сплавы для фасонного литья:

    • Сплавы алюминия с кремнием (силумин /) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) — высокая плотность отливок, легко обрабатываются резанием, отличаются высокими линейными показателями;
    • Сплавы алюминия с медью Al-Cu (АЛ7, АЛ19) — высокие механические свойства после термической обработки, легко обрабатываются резанием;
    • Сплавы алюминия с магнием Al-Mg (АЛ8, АЛ27) — повышенная стойкость к коррозии, повышенные механические свойства, легко обрабатывается резанием;
    • Жаропрочные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) — легко обрабатываются резанием, повышенная жаропрочность.

    Классификация с точки зрения удобства механической обработки (Мягкие и пластичные, неудобные для механической обработки резанием):

    • Отожженные — Д16, АВ;
    • Не упрочняемые термической обработкой — АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6.

    Относительно прочные и твердые сплавы алюминия, которые достаточно легко обрабатывать механическим путем:

    • Закаленные и искусственно состаренные: Д16Т, Д16Н, АВТ;
    • Ковочные: АК6, АК8, АК4-1;
    • Литейные: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ8, АЛ27, АЛ1, АЛ21, АЛ33.

    post_views_count: 1386

  • vote-total: 3
  • vote-rating: 15
  • —>

    Оставьте свой комментарий Отменить ответ

    Бронза имеет приятный цвет, который не меркнет с годами. Металл…