Алюминий и его сплавы

Классификация,маркировка,свойства и область применения.

Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9—13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы пред назначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8,АЛ13,АЛ22 и др.). 
 
Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава. Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими меха ническими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость. 
 
Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки и скорость охлаждения ее при закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. Поэтому механические свойства отливок при литье в кокиль (металлические литейные формы) выше, чем при литье в песчано-глинистые формы.  
 
Литейные алюминиевые сплавы имеют более грубую и крупнозернистую структуру, чем деформируемые. Это определяет режимы их термической обработки. Для закалки силумины нагревают до температуры 520—540"С и дают длительную выдержку (5—10 ч.), для того чтобы полнее растворить включения. Искусственное старение проводят при 150—180°С в течение 10—20ч. 
 
Для улучшения механических свойств силумины, содержащие более 5% кремния, модифицируют натрием. Для этого в расплав добавляют 1—3% от массы сплава соли натрия (2/3NaF+1/3NaCI). При этом снижается температура кристаллизации сплава и измельчается его структура.

Активно используют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов. Учитывая высокую коррозионную стойкость и нетоксичность алюминия его широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, обладая большей прочностью и будучи дешевле оловянной, полностью заменила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов.  
Все больше и больше используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и храпения продуктов сельского хозяйства, при строительстве зернохранилищ и других зданий, сооружений и конструкций. Алюминий, а также его сплавы является стратегическим металлом и поэтому широко используется в военной промышленности при строительстве военной техники и оружия: самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике. 
Также алюминий широко применяется в таких областях техники как - ядерная энергетика, полупроводниковая электроника, радиолокация, а также для защиты от воздействия различных химических веществ на металлические поверхности, а также от атмосферной коррозии. Отражающие поверхности нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал своим существованием также обязаны алюминию, в частности его высокой отражающей способности. 
Алюминий применяется и в металлургической промышленности в качестве восстановителя при получении некоторых металлов алюмотермическими методами, для сварки стальных деталей или раскисления стали.  
Активно применяется алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве при изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. конструкций. 

Алюминиевые сплавы: классификация,маркировка,свойства и область применения.

В последние годы в нашей  стране в связи с открытием  нового способа выплавки алюминия непосредственно  из руды значительно снизилась стоимость  производства алюминиевых сплавов  и изделий из него.

Чистый алюминий очень пластичен (относительное удлинение ~40%), относительно низкая прочность ограничивает его применение. Поэтому в качестве конструкционных материалов широкое применение получили сплавы алюминия с легирующими добавками (Si, Mg, Си, Zn, Mn, Ni, Ti, Zr).

Сырьем для получения  алюминия являются руды, содержащие глинозем А120з. Такими рудами являются бокситы, содержащие ЛЬОз 30-50%, они залегают в Ленинградской обл., на Урале, в Сибири, Московской обл., а также нефелины, алуниты с содержанием А1203 20-30%.

Алюминиевые сплавы. В чистом виде алюминий мягок, пластичен, хорошо отливается, но обладает малой прочностью, и поэтому он применяется только в электротехнической промышленности. В строительстве применяются сплавы алюминия с медью, марганцем, магнием, кремнием. Введение в алюминий этих элементов позволило получить сплавы с повышенной прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Эти сплавы легко поддаются термической обработке.

Практическое применение получили сплавы пяти систем: А1- Мп алюминиево-марганцевая, Al-Mg алюминиево-магниевая (магналии), Al-Si алюминиево-кремниевая (силумины), А1-Си-Mg алюминиево-медно-магниевая (дюралюминий), Al-Mg-Si алюминиево-магнокремниевая (авиалипы) и Al-Zn-Mg алюмипиево-цинко-магниевая.

В зависимости от систем сплава, процентного содержания легирующих элементов и термической обработки  алюминиевые сплавы делятся на две  группы: деформируемые сплавы, из которых  путем прокатки, прессования, волочения, ковки и штамповки получают различные  изделия; литейные сплавы, которые идут на изготовление отливок.

Маркировка алюминиевых  сплавов производится буквами и цифрами. Буквами обозначают систему сплавов, метод обработки, а цифрами – процентное содержание лигирующих элементов или номер сплава. Если сплав получил термическую обработку, к марке сплава через тире добавляется одна из букв: М – мягкое, отожженное, Т – закаленное.

Деформированные сплавы – дюралюминий (Д1, Д16, Д21 и др.) содержат от 3,8 до 7% Си, от 0,4 до 1 % Мп и Mg. Основными упрочняющими составляющими являются химическое соединение СиА12 и CuMgAl2. Дюралюминии обладают достаточно высокими механическими свойствами.

Литейные сплавы силумины – сплавы Al-Si с добавкой CuMg обладают хорошими литейными свойствами. Алюминиевые сплавы обладают высокой прочностью, свариваются, сохраняют прочность до 250-300° С.

Применение алюминиевых  сплавов в строительстве производится с целью уменьшения массы конструкции, удобства монтажа, повышения коррозионной стойкости и уменьшения эксплуатационных расходов.

Алюминиевые сплавы рекомендуются  для:

а) несущих конструкций  зданий и сооружений (оболочка, рамы 
фермы и т. д.), конструкций для химических предприятий с агрессивной средой (кроме воздействия влажностно-щелочной среды, 
растворов серной кислоты и ее солей), опор линий электропередач;

б) ограждающих конструкций, кровельных панелей, подвесных 
потолков, витрин, переплетов и т. д.

Элементы конструкций  из алюминиевых сплавов можно  соединять на заклепках, на болтах или  сваркой. Сварные соединения выполняются  механизированной или ручной электродуговой сваркой в защитной среде аргона, электрической контактной сваркой, сваркой под слоем флюса и  газовой сваркой.  

Технологические процессы обработки алюминия и его  сплавов, виды поставляемой продукции.

Типы предварительной  обработки на основе окисления алюминия с помощью кислотных хроматов впервые были описаны в 1940, а их использованиерасширилось параллельно с расширением использования катушечного покрытия для непрерывной окраски и лакировки алюминиевых листов и продукции из фольги. Эти технологические процессы достаточно эффективны для обработки больших партий экструдированных

секций и литья. Так  же их можно применять для обработки  сплавов всех видов . Предварительная обработка включает в себя реакцию металлической поверхности с кислотными растворами, содержащими ионы шестивалентного хрома и фторида. Хромосодержащие продукты реакции осаждаются на металлической поверхности и образуют пленку. Данный процесс известен как Алодин, он был разработан компанией "Американ кемикал пэйнт компани» в 1945, а в Великобритании вошел в употребление под названием Алокром благодаря компании ООО «I.C.I.» Некоторые из первых вариантов конверсионного покрытия для коммерческого использования были аморфные фосфаты(серия 400), полученные путем реакции алюминия и его сплавов с комбинацией из первичного раствора и фосфатов. 16.

Благодаря своему низкому  уровню токсичности и простоте процесса нанесения краски, данные типы предварительной  обработки особенно хорошо подходят для обработки экструзий и контейнеров, и их продолжают использовать на современных и недавно построенных предприятиях. Так же они могут достаточно эффективно использоваться в качестве основы для нанесения порошковых игальванических покрытий. Нейтрализация щелочных очистителей и вспомогательнаяочистка дают дополнительные преимущества .

Аморфные хроматные покрытия завоевали популярность благодаря своей простоте и отличной коррозионной стойкости, даже в случае использования без покрытия. Все что требовалось для реализации данного типа обработки, это первичный кислотный раствор шестивалентного хрома и источник фторидов. Благодаря высокому уровню сопротивляемости коррозийному воздействию, наиболее широко используемым типом конверсионного покрытия для крашенных продуктов стали ускоренные хроматы (серия 1200). В этих составах к первичному раствору добавлялся ферроцианид калия с целью увеличения скорости роста пленки. В общем и целом, более тонкие пленки предварительной обработки обеспечивают лучшую адгезию покрытия, а более толстые пленки обеспечивают более высокую коррозийную стойкость.Вдобавок был разработан быстро формирующийся вариант ускоренной хроматной

обработки серии 1200(промывка с помощью кисти), при этом в  качестве ускорителей использовался  ряд других составов, включая молибдаты, вандаты и волфраматы.

Несмотря на то, что конверсионные  покрытия успешно использовались на протяжении многих лет и продолжают использоваться до настоящего момента, особенно для обработки экструзий и в самолетостроении, однако необходимость защиты окружающей среды и стоимость утилизации высокотоксичных отходов привели к росту популярности трех основных групп альтернативных технологических процессов.При этом, однако, считалось, что ни один из альтернативных вариантов без использования хроматов не отвечает всем требованиям, предъявляемым к покрытиям для индустрии самолетостроения, и лишь немногие из них обеспечивают получение поверхности, отвечающей строгим требованиям спецификации MIL-C-5541.

К первой серии альтернативных технологических процессов относятся  безпромывочные

процессы (безотрывная сушка). Использование этих типов обработки  особенно эффективно на линиях для  нанесения покрытияна листовой материал, так как в этом случае они могут быть просто прокатаны на металлической поверхности. Так же в этом случае к минимуму сводится проблема утилизации отходов, благодаря значительному сокращению их общего количества. Более сложным моментом является применение предварительной обработки без промывки для обработки деталей сложной формы, которые часто встречаются на выдавленных профилях, и хотя существуют описания некоторых безпромывочных составов для обработки экструзий, однако широкого применения они не получили. Некоторые из безпромывочных

составов содержат хром, остальные в качестве основы имеют  широкий диапазон различных химических веществ. Один из наиболее распространенных и удачных составов основан на растворе из частично восстановленных  хроматов и коллоидного кремния. Первой наиболее известной системой данного типа является Аккомет С, разработанная Олбрайт и Вильсон Лтд в конце 1960. Частичное восстановление хроматного

раствора осуществляется с помощью реакции с органическим восстановительным средством, типа сахара, крахмала или спирта. СоставБондерите, разработанный компанией Хенкель, состоит из тех же компонентов. В составе Гарбабонде 4918/2, разработанном «Хемметалл

хроматс», в улучшенную систему органических полимеров для предварительной обработки были включены хроматы. К другим хромсодержащим составам относятся составы без содержания шестивалентного хрома, благодаря чему они прекрасно подходят для предварительной обработки продукции консервной и пищевой промышленности. Например, NR6207 разработанный компанией «Хенкель» в середине 1970, на настоящее время является одним из наиболее используемых составов, он представляет особый интерес, так как является своего рода вариантом оригинальной обработки в хромате/ фосфате без промывки.В его состав входят трехфтористое соединение, фосфорная и полиакриловая кислота, в результате можно получить пленку предварительной обработки такого же состава, что и при использованиихромато-фосфатного технологического процесса.

Во второй серии, с целью  образования пленок на металлической  поверхности используютсярастворы, не содержащие хром. Данные типы обработки могут использоваться как с промывкой так и без нее. Наиболее популярными считались составы на основе фторцирконатов

и титанатов. Изначально они использовались для обработки банок для напитков, однако сейчас некоторые из составов отвечают требованиям, предъявляемым к архитектурной промышлености, в результате чего коммерческие линии предварительной окраски перешли на использование составов без содержания хрома. Использование современных полимеров, которые обычно изготавливаются на основе сополимеров акриловой кислоты, привело к улучшению соответствия эксплуатационных качеств краски. Различные модификации катодных ингибиторов коррозии позволили предположить, что коррозионная стойкость крашенных деталей сопоставима с той, которая достигается с помощью хроматной

конверсии. Однако рабочий  диапазон подобных составов является более важных фактором, чем когда  речь идет о предварительной обработке  с хроматами. 38 Они так же более  чувствительны к весу покрытия и  к чистоте металла, однако в некоторых  случаях они показывают себя лучше, чем при предварительной обработке  с использованием хроматов.

К третьей серии альтернативных типов обработки относятся электролитические  процессы, обычно используемые при  высоких температурах. Для предварительной  обработки алюминия с целью нанесения  краски или лаков может использоваться анодированиепеременным током в сернойи фосфорной кислоте. Отходы в этих случаях легко поддаются утилизации и переработке, поэтому не представляют особой угрозы окружающей среде.

И, наконец, еще одним вариантом  является замена хроматного

технологического процесса абразивной пескоструйной обработкой, используемой для бронированных  сплавов. Помимо этого внастоящее время проводятся исследования возможности использования физического парового испарения.

Коньюктура международного и отечественного рынка алюминия.

Из всех отраслей мировой экономики особый интерес представляет мировой рынок алюминия, что объясняется следующими факторами: во-первых, доля алюминиевых предприятий в экспорте очень велика; во-вторых, образуется все больше транснациональных компаний, определяющих и влияющих на мировые цены ; в-третьих, данная отрасль является высокоразвитой и перспективной в России; в-четвертых, интерес вызван активным переделом собственности и, как следствие, связанными с этим скандалами.  
 
То, что из алюминия делаются самые разнообразные товары такие, как, например, фольга для приготовления пищи, сегодня воспринимается всеми как нечто само собой разумеющееся, а ведь когда-то этот металл был настолько дорогим, что серебряных дел мастер при датском дворе изготовил из него для Принца Датского церемониальный шлем. И сегодня на Лондонской бирже металлов тонна алюминия стоит в 6-9 раз дороже тонны стали. Но его использование стало очень разнообразным и необходимым: это авиация, строительство, электроника, производство мебели, транспорта, упаковки. Перечислять можно до бесконечности. А так как алюминий может быть переработан на все 100%, почти две трети добытого за последние 150 лет алюминия используется постоянно. И если бы не высокая стоимость алюминия, мы бы давно могли отказаться от стали. Но алюминий остается дорогим металлом по ряду причин: сложность получения чистого алюминия и энергоемкость алюминиевого производства. 
 
Алюминий является вторым (после меди) по объему торгов металлом, котирующимся на Лондонской бирже металлов (LME), а мировой рынок алюминия, годовой объем которого оценивается примерно в $ 80 млрд, одним из крупнейших товарных рынков в мире. Области применения алюминия достаточно широки, что снижает зависимость спроса на металл от состояния какой-то одной определенной отрасли. Алюминий активно применяется в строительстве, автомобиле, авиа и судостроении, других подотраслях машиностроения, в качестве упаковки в пищевой промышленности и напрямую при производстве алюминиевых потребительских товаров. Из вышеперечисленных отраслей наиболее перспективными с точки зрения потенциала дальнейшего роста потребления металла являются строительство, автомобилестроение и отдельные сегменты упаковочного бизнеса, в то время как в авиастроении, производстве потребительских товаров и электротехнике алюминий зачастую вытесняется более современными материалами, хотя эти отрасли достаточно широки, и общих правил здесь не бывает.