Алюминий является самым распространенным металлом в мире и третьим по распространенности элементом, составляющим 8% земной коры. Универсальность алюминия делает его наиболее широко используемым металлом после стали.

Производство алюминия

Алюминий получают из минерального боксита. Боксит преобразуется в оксид алюминия (глинозем) посредством процесса Байера. Затем глинозем преобразуется в металлический алюминий с использованием электролизеров и процесса Холла-Эру.

Годовая потребность в алюминии

Мировой спрос на алюминий составляет около 29 миллионов тонн в год. Около 22 миллионов тонн приходится на новый алюминий и 7 миллионов тонн на переработанный алюминиевый лом. Использование переработанного алюминия экономически и экологически выгодно. Для производства 1 тонны нового алюминия требуется 14 000 кВтч. И наоборот, для переплавки и переработки одной тонны алюминия требуется всего 5% этой суммы. Нет никакой разницы в качестве между первичными и переработанными алюминиевыми сплавами.

Применение алюминия

Чистыйалюминиймягок, пластичен, устойчив к коррозии и обладает высокой электропроводностью. Он широко используется для изготовления фольги и токопроводящих кабелей, но для обеспечения более высокой прочности, необходимой для других применений, необходимо легирование другими элементами. Алюминий — один из самых легких конструкционных металлов, имеющий соотношение прочности и веса, превосходящее сталь.

Используя различные комбинации своих преимуществ, таких как прочность, легкость, коррозионная стойкость, возможность вторичной переработки и формуемости, алюминий находит все большее применение. Ассортимент продукции варьируется от конструкционных материалов до тонкой упаковочной пленки.

Обозначения сплавов

Алюминий чаще всего легируют медью, цинком, магнием, кремнием, марганцем и литием. Вносятся также небольшие добавки хрома, титана, циркония, свинца, висмута и никеля, а железо всегда присутствует в небольших количествах.

Существует более 300 деформируемых сплавов, из которых 50 широко используются. Обычно они обозначаются четырехзначной системой, зародившейся в США и в настоящее время общепринятой. В таблице 1 описана система для деформируемых сплавов. Литые сплавы имеют аналогичные обозначения и используют пятизначную систему.

Таблица 1.Обозначения деформируемых алюминиевых сплавов.

Для нелегированных деформируемых алюминиевых сплавов, обозначенных 1XXX, последние две цифры обозначают чистоту металла. Они эквивалентны двум последним цифрам после запятой, когда чистота алюминия выражается с точностью до 0,01 процента. Вторая цифра указывает на изменения пределов примесей. Если вторая цифра равна нулю, это указывает на нелегированный алюминий, имеющий естественные пределы примесей, а цифры от 1 до 9 указывают на отдельные примеси или легирующие элементы.

Для групп от 2XXX до 8XXX последние две цифры обозначают различные алюминиевые сплавы в группе. Вторая цифра указывает на модификацию сплава. Вторая цифра ноль указывает на исходный сплав, а целые числа от 1 до 9 указывают на последовательные модификации сплава.

Физические свойства алюминия

Плотность алюминия

Алюминий имеет плотность около одной трети плотности стали или меди, что делает его одним из самых легких коммерчески доступных металлов. Полученное в результате высокое соотношение прочности и веса делает его важным конструкционным материалом, позволяющим увеличить полезную нагрузку или сэкономить топливо, в частности, в транспортной отрасли.

Прочность алюминия

Чистый алюминий не обладает высокой прочностью на разрыв. Однако добавление легирующих элементов, таких как марганец, кремний, медь и магний, может повысить прочностные свойства алюминия и создать сплав со свойствами, адаптированными для конкретных применений.

Алюминийхорошо подходит для холодных помещений. Он имеет преимущество перед сталью в том, что его прочность на разрыв увеличивается с понижением температуры, сохраняя при этом ударную вязкость. Сталь, с другой стороны, становится хрупкой при низких температурах.

Коррозионная стойкость алюминия

При воздействии воздуха на поверхности алюминия практически мгновенно образуется слой оксида алюминия. Этот слой обладает превосходной устойчивостью к коррозии. Он довольно устойчив к большинству кислот, но менее устойчив к щелочам.

Теплопроводность алюминия

Теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у стали. Это делает алюминий важным материалом как для охлаждения, так и для обогрева, например, теплообменников. В сочетании с нетоксичностью это свойство означает, что алюминий широко используется в кухонной утвари и посуде.

Электропроводность алюминия

Наряду с медью алюминий обладает достаточно высокой электропроводностью, чтобы его можно было использовать в качестве электрического проводника. Хотя проводимость широко используемого проводящего сплава (1350) составляет всего около 62% от отожженной меди, он составляет лишь одну треть веса и, следовательно, может проводить вдвое больше электричества по сравнению с медью того же веса.

Отражательная способность алюминия

От УФ до инфракрасного диапазона алюминий является отличным отражателем лучистой энергии. Коэффициент отражения видимого света около 80% означает, что он широко используется в осветительных приборах. Те же свойства отражательной способности делаюталюминийидеально подходит в качестве изоляционного материала для защиты от солнечных лучей летом и изоляции от потерь тепла зимой.

Таблица 2.Свойства алюминия.

Механические свойства алюминия

Алюминий может быть сильно деформирован без каких-либо повреждений. Это позволяет формовать алюминий путем прокатки, экструзии, волочения, механической обработки и других механических процессов. Он также может быть настроен на высокий допуск.

Легирование, холодная обработка и термообработка могут быть использованы для изменения свойств алюминия.

Предел прочности чистого алюминия составляет около 90 МПа, но для некоторых термообрабатываемых сплавов он может быть увеличен до более чем 690 МПа.

Алюминиевые стандарты

Старый стандарт BS1470 был заменен девятью стандартами EN. Стандарты EN приведены в таблице 4.

Таблица 4.Стандарты EN для алюминия

Стандарты EN отличаются от старого стандарта BS1470 в следующих областях:

• Химический состав – без изменений.
• Система нумерации сплавов – без изменений.
• Обозначения состояния термообрабатываемых сплавов теперь охватывают более широкий диапазон специальных состояний. Для нестандартных применений (например, T6151) введено до четырех цифр после T.
• Обозначения состояния для нетермообрабатываемых сплавов: существующие состояния не изменились, но теперь состояния более подробно определены с точки зрения того, как они создаются. Мягкий (O) отпуск теперь имеет значение H111, а также введен промежуточный отпуск H112. Для сплава 5251 состояния теперь обозначаются как H32/H34/H36/H38 (эквивалентно H22/H24 и т. д.). H19/H22 и H24 теперь отображаются отдельно.
• Механические свойства – остаются такими же, как и предыдущие показатели. Теперь в сертификатах испытаний должно быть указано 0,2% испытательного напряжения.
• Допуски были ужесточены в различной степени.
  

  Термическая обработка алюминия

  К алюминиевым сплавам можно применить ряд термических обработок:

  • Гомогенизация – удаление сегрегации путем нагревания после отливки.
  • Отжиг – применяется после холодной обработки для размягчения нагартованных сплавов (1ХХХ, 3ХХХ и 5ХХХ).
  • Дисперсионное или старческое упрочнение (сплавы 2ХХХ, 6ХХХ и 7ХХХ).
  • Термическая обработка на раствор перед старением дисперсионно-твердеющих сплавов.
  • Печь для отверждения покрытий
  • После термообработки к номерам обозначений добавляется суффикс.
  • Суффикс F означает «сфабрикованный».
  • О означает «отожженные изделия».
  • T означает, что он подвергся «термической обработке».
  • W означает, что материал прошел термообработку на твердый раствор.
  • H относится к нетермообрабатываемым сплавам, которые подвергаются «холодной обработке» или «деформационному упрочнению».
  • К нетермообрабатываемым сплавам относятся сплавы групп 3XXX, 4XXX и 5XXX.