Алюминиевые сплавы и где их применяют

К настоящему времени существует много сплавов алюминия, используемых в различных сферах, для очень различных механизмов. Объединяет их, по сравнению с различными видами сталей, легкость, сопровождаемая и большой прочностью, и простотой обработки материала. 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.

При изготовлении алюминиевых сплавов наибольшее распространение в отраслях современной промышленности получили следующие комбинации химических элементов:

алюминий + магний (AL-MG)

Алюминиевый сплав отличается удовлетворительной прочностью и неплохой пластичностью. Для материала характерна отличная свариваемость и высокая коррозионная стойкость. Содержание магния в составе колеблется в пределах 1-5% .

Чем больше Mg включают алюминиевые сплавы, тем выше прочность. Повышение концентрации всего на 1% увеличивает прочностные характеристики приблизительно на 30 МПа. Показатель предела текучести возрастает примерно на 20 МПа.

Если сплавы алюминия содержат до 3% магния, кристаллическая структура не меняется. Как при комнатной, так и высокой температуре. Структурные изменения не наблюдаются даже в сильно нагартованном состоянии.

Ситуация изменяется по мере возрастания концентрации магния в алюминиевом сплаве. Из-за этого происходит дестабилизация механической структуры в нагартованном состоянии. Если Mg больше 6% , снижается стойкость к коррозии.

В целях повышения прочности сплавов на основе алюминия и магния на этапе производства осуществляется легирование. В качестве легирующих элементов выступает ванадий, кремний и титан. Применяется также хром и марганец.

Добавлять медные и железные примеси в сплав Al-Mg не рекомендуется. Данные легирующие элементы отрицательно воздействуют на способность противостоять коррозии. Дополнительно ухудшается свариваемость.

алюминий + кремний (AL-SI)

Название литейных сплавов кремния и алюминия – силумины. Когда кристаллизуется расплав, для них характерна малая усадка. Применение материалов весьма обширно. С их использованием отливаются корпуса, детали и элементы декора помещений или приусадебных участков.

В состав сплавов алюминия входит от 4 до 22% кремния. Примеси цинка, титана, кальция, марганца, меди и железа составляют незначительную величину. Для модификации силуминов пользуются литием и натрием. Благодаря этому на пару процентов увеличивается объём Si.

Литейные свойства алюминиевых сплавов Al-Si считаются лучшими на рынке. Силумины имеют плотность до 2,94 г/см3. В отличие от чистого алюминия, они характеризуются лучшей прочностью и износостойкостью. Обработка материалов сопровождается крошением. Стружка не образуется.

Алюминиевыми сплавами Al-Si допускается пользоваться во влажных условиях и даже морской воде. Аналогично со щелочными и слабокислыми средами. К минусам конструкционных материалов относят пористость, низкую пластичность и антифрикционные характеристики.

алюминий + марганец (AL-MN)

Среди ключевых преимуществ сплавов алюминия и марганца специалисты по металлообработке выделяют:

высокую прочность;

пластичность;

сравнительно невысокую стоимость;

хорошую свариваемость;

отличную стойкость к коррозии.

В число основных примесей алюминиево-марганцевых сплавов входят такие химические элементы, как кремний и железо. Они способствуют уменьшению растворимости Mn в Al. Чтобы получить мелкозернистую структуру, материалы легируются титаном.

алюминий + МЕДЬ + кремний (AL-CU-SI)

Группа алюминиевых антифрикционных сплавов, которые принято называть алькусинами. Основная сфера применения – изготовление блоков цилиндров и подшипников втулочного типа. Твёрдая поверхность материалов затрудняет приработку.

Термическая обработка алюминиевых сплавов Al-Cu-Si улучшает их механические свойства. Технологическую операцию следует проводить с алькусинами, где содержание Si не превышает 15% . Иначе появляются трещины при закалке.

алюминий + МЕДЬ (AL-CU)

В термически упрочнённом состоянии механические характеристики сплавов Al-Cu достигают или превосходят аналогичные свойства разных видов низкоуглеродистой стали. Материалы хорошо обрабатываются, но не отличаются высокой стойкостью к коррозии. Для увеличения эксплуатационного срока на поверхность наносятся специальные покрытия с антикоррозионным эффектом.

Алюминиевые сплавы Al-Cu легируются магнием, марганцем, железом и кремнием. Сильнее всего на них действует Mg. Добавление металла увеличивает предел текучести и показатель прочности. Примесь Si способствует улучшению способности к так называемому искусственному старению, а Ni – повышению жаропрочности. Добавки подбираются в зависимости от назначения материалов.

алюминий + ЦИНК + магний (AL-ZN-MG)

Al-Zn-Mg – высокопрочные алюминиевые сплавы, которые хорошо поддаются обработке. Например, B95. Упрочнение изобретенного в Америке материала обуславливается тем фактом, что цинк и магний обладают повышенной растворимостью, когда достигают температуры плавления. Правда, она снижается во время охлаждения.

Среди недостатков этих сплавов выделяют низкую стойкость к коррозии под механическим напряжением. Проблема решается добавлением меди. Вместо цинка в состав материалов нередко входит литий. Учёные обнаружили, что легирование данным металлом снижает плотность, увеличивает упругость, сдерживает естественное и форсирует искусственное старение.

алюминий + магний + кремний (AL-MG-SI) + другие элементы (ХРОМ, МЕДЬ, марганец)

Общепринятое название сплавов – авиали. За счёт высокой пластичности из материалов производится широкий спектр изделий со сложной формой. Изготовление основывается на методе ковки или штамповки.

Стойкость к коррозии у алюминиевых сплавов этой группы удовлетворительная. Увеличения характеристики добиваются путём уменьшения содержания меди. По общей массе объём снижается до 0,1% .

Название сплавов объясняется сферой применения – авиационная промышленность. В частности, из авиаля производятся лонжероны лопастей несущих и рулевых вертолётных винтов. Изделия со сложными формами изготавливаются методом штамповки.

Применение материалов не ограничивается авиапромом. В автомобильной промышленности из сплавов делаются кузова премиальных транспортных средств. Кроме того, ими часто пользуются для изготовления рам велосипедов.

В настоящее время в связи с высокой температурой плавления соединения алюминия используют при производстве скоростных поездов. Поверхность во время движения на большой скорости нагревается, однако при этом не подвергается деформации.

Широко применяются металл и его соединения в судостроении, где им отдают предпочтение перед сталями. Корпуса из алюминия не подвержены обрастанию ракушками, которые отрицательно сказываются на обтекаемости судов и скорости их движения. Очистка стального корпуса требует значительных временных и финансовых затрат. Таким образом, первоначальные вложения в строительство алюминиевого корпуса окупаются благодаря более дешевой эксплуатации.

Высокой электропроводностью обусловлено использование алюминиевых сплавов для производства проводов и деталей радиоприемников. Они подходят для изготовления различных габаритных проводников электрического тока (линий электропередач, оболочек высоковольтных кабелей, шин распределительных устройств), что вызвано их заметными преимуществами перед другими металлами. Например, для алюминиевых оболочек кабелей характерны большая прочность и меньшая плотность, чем для свинцовых. Страны с высокоразвитой промышленностью тратят около 15% алюминия для удовлетворения электротехнических потребностей.

Металл в настоящее время продолжает использоваться для производства посуды. По-прежнему остаются востребованными алюминиевые вилки, ложки, кастрюли и емкости для жидкостей.

Этот металл вы можете выгодно сдать в пункт приема лома. Ознакомиться с прайсом цен вы можете здесь.

Одним из специфических вариантов использования алюминиевых сплавов являются атомные реакторы. Большая часть из них при работе использует тепловые нейтроны. Соответственно, конструкция реакторов должна состоять из металлов, слабо поглощающих такие частицы. К примеру, из алюминия, отличающегося также высокой коррозионной устойчивостью при воздействии горячей воды, перегретого пара, углекислого газа, которые чаще всего выступают в качестве источника тепла в реакторах.