Алюминий и сплавы на его основе

Алюминий и сплавы на его основе

Производство алюминия в мире 2008 год (млн. тонн)

Алюминий

• серебристо-белый цвет
• мягкий, лёгкий и пластичный
• плотность  =2,6989 г/см³
• Т пл =660 °C
• Т кип =2518,82 °C
• кристаллическая решётка - ГЦК
• период решетки –4,050 Å
• полиморфных превращений не испытывает

Химические свойства

Алюминий крайне активный элемент, однако в нормальных условиях он покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой Al2O3 и потому не реагирует с факторами окружающей среды и некоторыми кислотами: с H 2 O, O 2 , HNO 3 (без нагревания), H 2 SO 4 .

Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью.

Нахождение в природе

Природные соединения алюминия

Самый распространенный

Сырье для производства

Обрабатывающие материалы

Историческая справка

С 1855 по 1890 годы было получено всего 200 т алюминия.

X. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный АlСl 3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый алюминий. AlCl3+3K=3KCl+Al

Первый промышленного способ производства алюминия предложил в 1854 французский химик А.Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении хлорида алюминия и натрия Na 2 AlCl 6 металлическим натрием.

Современный способ получения алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава разработан в 1886 году одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

2Al2O3=4Al+3O2

Получение алюминия

Алюминий первичный (ГОСТ 11069–74)

Технический алюминий (ГОСТ 4784–97)

листы

проволока

прутки

трубы

Деформируемый

Гарантированные электрические свойства

Алюминий

Номер марки

чистый

литейный

повышенной чистоты

особой чистоты

Основные примеси

повышает способность к искусственному старению

повышает жаропрочность

Применение алюминия в электротехнике

Алюминий успешно заменяет медь

воздушные линии электропередач

высоковольтные кабели

шины РУ

полупроводниковые приборы

конденсаторы

трансформаторы

Применение чистого алюминия

зеркальных отражателей

плакирование

алюминиевая краска

констр. материал в ядерных реакторах

оборудование для пищевой пром.

для отделки зданий

посуда

емкости для жидкостей, газов

упаковка пищевых продуктов

легирующие добавки

раскисление стали

Легирующие элементы

повышает предел прочности и текучести

Часто используемые

Используемые

редко

повышает жаропрочность

термонеупрочняемые

термоупрочняемые

17

Диаграмма состояния сплавов алюминий - легирующий элемент

CuAl 2 , Mg 2 Si

Al 3 Mg 2

Д — деформируемые сплавы;

Л — литейные сплавы;

I — сплавы, не упрочняемые термической обработкой;

II — сплавы, упрочняемые термической обработкой

ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Маркировка алюминиевых сплавов

Для обозначения марок сплавов применяют систему из четырех цифр или смешанная буквенно-цифровая маркировка.

1…5- Система легирования

9- порошковые сплавы

1- Алюминий

Номер сплава

горячекатаная

отожженная, мягкая

горячепресованная

нагартованная,

полунагартованная

закаленная

усиленно нагартованное

закаленная со старением

Цифровая маркировка алюминиевых сплавов

Марка

Группа сплавов, основная система легирования

1000–1018

Технический алюминий

1019, 1029 и т.д.

Порошковые сплавы

1020–1025

Пеноалюминий

1100–1190

Al—Cu—Mg, Al—Cu—Mg—Fe—Ni

1200–1290

Al—Cu—Mn, Al—Cu—Li—Mn—Cd

1300–1390

Al—Mg—Si, Al—Mg—Si—Cu

1319, 1329 и т. д.

Al—Si, порошковые сплавы САС

1400–1419

Al—Mn, Al—Be—Mg

1420–1490

Al—Li

1500–1590

Al—Mg

1900–1990

Al—Zn—Mg, Al—Zn—Mg—Cu

Алюминиево-марганцевые сплавы Al—Mn

• термически неупрочняемые, коррозионностойкие и свариваемые сплавы
• невысокая прочность
• высокая пластичность
• обрабатываемость резанием неудовлетворительная
• не упрочняются термической обработкой
• международная серия: 3ХХХ
• ГОСТ 4784–97 : АМц (1400), АМц (1401), ММ (1403), Д12 (1521)
• основные примеси Fe, Si и Ti

Алюминиево-магниевые сплавы ( магналий) Al-Mg

• хорошая свариваемость аргонодуговой сваркой
• международная серия 5ХХХ
• ГОСТ 4784–97: АМ r 0,5 (1505) … АМ r 6 (1561)
• легируются Cr, Mg, Ti, Si, V

• термически не упрочняются
• невысокая прочность и предел текучести
• высокая пластичность
• хорошая коррозионная стойкость в различных средах

АМг1, АМг0,5

декоративность,

отражательная способность

АМг2, АМг3

сварные конструкции для агрессивных сред

АМг5, АМг6

сварные конструкции для низких температур

АМг61

судостроение

ракетно-космическая техника

Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности системы Al—Mg—Si ( авиаль )

• термически упрочняемые сплавы
• хорошая коррозионная стойкость
• хорошие технологичные свойства
• способность к цветному анодированию, эмалированию и электрохимическому оксидированию
• высокая пластичность в горячем состоянии позволяет изготовлять из них сложные по конфигурации тонкостенные полые полуфабрикаты
• легируют Fe, Mn, Cr, Zn, Ti, Ni

• международная серия 6ХХХ

Ковочные сплавы системы Al—Cu—Mg—Si

• свариваются точечной, роликовой и аргонодуговой сваркой
• хорошо обрабатываются резанием
• пониженная коррозионная стойкостью
• легируют Fe, Mn, Cr, Zn, Ti, Ni

• сплавы АК6 и АК8(2014)
• хорошая пластичность
• термически упрочняемые
• хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях
• невысокие вязкость к разрушению и сопротивление коррозионному растрескиванию

стыкующие детали самолетов

силовых деталей авиационной техники

детали реактивных двигателей

строительство, транспорт,

электротехника

Сплавы алькусины или аэрон алюминий-медь-кремний Al—Cu—Si

• ГОСТ: АМК
• антифрикционные сплавы
• имеют высокую твёрдость поверхности, поэтому плохо прирабатываются
• применяется во втулочных подшипниках, а также при изготовлении блоков цилиндров

Литейные алюминиевые сплавы

• высокая жидкотекучесть
• небольшая усадка
• малая склонность к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами
• высокое сопротивление коррозии.
• сплавы Al - Si, Al - Cu, Al – Mg
• примеси: Ti, Zr, B, V, Na и др.

Алюминий-кремниевые сплавы Al—Si ( силумины )

• химический состав — основа — Al, 4-22 % S i
• примеси Fe, Cu, Mn, Ca, Ti, Zn, иногда Na или Li
• хорошие литейные свойства
• имеют малую усадку при кристаллизации
• применяются для отливок корпусов разных механизмов, корпусов приборов, деталей бытовых приборов, декоративного литья
• сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9
• для изготовления крупных нагруженных деталей: корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей.

Алюминиево-медные сплавы Al—Cu (Al—Cu—Mg)

• термоупрочняемые, хорошо обрабатываются

• механические свойства соответствуют низкоуглеродистым сталям
• низкая коррозионная стойкость, нужно покрывать защитными покрытия
• слабые литейные свойства
• имеют большую усадку, склонность к образованию горячих трещин и к хрупкому разрушению
• серия 2ххх, 2xx.x;
• Сплавы АЛ7, АЛ19
• легирующие добавки: Mn , Si , Fe и Mg .
• применяют для отливок небольших деталей простой формы (арматура, кронштейны и т.д.).

Жаропрочные алюминиевые сплавы

• сплавы для деталей, работающих до 300  0 С (поршни, головки цилиндров, обшивка самолетов, лопатки и диски осевых компрессоров, крыльчатки и т.д.).
• АЛ1, АЛ19, АЛ 21 и АЛ33
• Легирующие примеси: Cu, Mg, Ni, Mn, Ti, Ni, Zn, Ce
• дополнительно легируют Fe, Ni, Ti.
• Сплав АК4-1 закаливают при 525...535  0 С, а сплав Д20 - при 535  0 С в воде и подвергают старению при 200…220  0 С.

Дюралюмин , дюралюминий , дюраль

• химический состав: основа  Al (93,5%), с добавками Cu (4,5%), Mg (0,5%), Mn (0,5%)
• высокопрочный сплав
• предел текучести около 250 Мпа
• предел кратковременной прочности 400…500 Мпа
• упрочняется термообработкой и последующим старением
• хорошо деформируются в холодном и горячем состояниях
• Д1 и Д16
• изготовляют обшивки, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей, шпангоуты, стрингера, лонжероны самолетов и т.д.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

• Применяют: отжиг, закалку, старение.
• Отжиг существует 3-х типов: