Алюминиевые сплавы

Виды сплавов

Сплавы алюминия делятся на литейные и деформируемые. Химический состав деформируемого вида (а горячекатаные листы относятся именно к нему) определяется ГОСТами 4784−97 и 1131. По виду упрочнения данные сплавы подразделяются на упрочняемые высоким давлением и термоупрочняемые. Но зачастую специалисты классифицируют материал иначе, основываясь на его характеристиках. Сплавы термоупрочняемые бывают:

  • высокого уровня прочности: В95 и В93;
  • жаростойкими: 1201, Д20, АК-4 и АК-4−1;
  • среднепрочными и высокопластичными: АД-35 (авиали), АД-31 и АД-33;
  • стандартной прочности: 1915 и 1925;
  • дюрали: Д-18, Д-1 и Д-16;
  • ковочными: АК-6 и АК-8.

К нетермоупрочняемым алюминиевым сплавам относятся следующие:

  • магналии (среднепрочные высокопластичные): АМг-6, АМг-1, АМг-2 и др.;
  • низкопрочные высокопластичные: АМц и Д-12, АДО и АД-1.

Специфика легирования

Алюминий — материал, используемый для производства разнообразных изделий как в чистом виде, так и в составе сплавов. Второй вариант становится возможным благодаря легированию — процессу, предполагающему введение в расплав металла дополнительных элементов. Делается это с целью повышения свойств алюминия.

Понятие «легирования» включает сразу несколько технологических операций, которые выполняются на разных стадиях изготовления усовершенствованного металлического сплава. Вводя в состав металла всевозможные легирующие элементы, можно кардинально изменить имеющиеся свойства алюминия или дополнить их некоторыми специфическими качествами.

Прочностные характеристики алюминия в чистом виде не соответствуют требованиям современных промышленников. Именно поэтому в чистом виде алюминий на предприятиях практически не используется, спросом пользуются сплавы на его основе.

В зависимости от вида легирования, улучшить можно показатели твердости и прочности, а также наделить металл жаропрочностью и прочими свойствами. На ряду со всеми положительными изменениями существуют и отрицательные. К ним относится снижение электропроводности, ухудшение антикоррозионности, увеличение относительной плотности. Однако при легировании алюминия марганцем и магнием (процент Mg не превышает 3%) антикоррозионность даже возрастает, а относительная плотность уменьшается.

Типичные физические свойства

Физические свойства, такие как:

  • коэффициент термического расширения,
  • коэффициент теплопроводности,
  • электропроводимость,
  • электрическое сопротивление и даже
  • плотность

практически всегда являются типичными величинами. Их получают по результатам лабораторных испытаний репрезентативных промышленных партий изделий.

Типичные физические свойства алюминиевых сплавов используются как основание для сравнения сплавов и их состояний и не должны применяться для инженерных расчетов.

Типичные физические свойства не являются гарантированными величинами, поскольку в большинстве случаев представляют собой осредненные значения для изделий с различными размерами, формами, и методами изготовления и не могут быть в точности репрезентативными для изделий любых размеров и форм.

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Работая с этим металлом и смесями на его основе, важно знать свойства алюминиевых сплавов. От этого будет зависеть область применения материала и его характеристики. Классификация алюминиевых сплавов приведена выше

Ниже будут описаны самые популярные виды сплавов и их свойства

Классификация алюминиевых сплавов приведена выше. Ниже будут описаны самые популярные виды сплавов и их свойства.

Алюминиево-магниевые сплавы

Сплавы алюминия с магнием обладают высоким показателем прочности и хорошо поддаются сварке. Дополнительного компонента в состав не добавляют более 6%. В противном случае ухудшается устойчивость материала к коррозийным процессам. Чтобы дополнительно увеличить показатель прочности без ущерба защите от коррозии, алюминиевые сплавы разбавляются марганцем, ванадием, хромом или кремнием. От каждого процента магния, добавленного в состав, показатель прочности изменяется на 30 Мпа.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Чтобы увеличить показатель коррозийной устойчивости, алюминиевый сплав разбавляется марганцем. Этот компонент дополнительно увеличивает прочность изделия и показатель свариваемости. Компоненты, которые могут добавляться в такие составы — железо и кремний.

Сплавы с алюминием, медью и кремнием

Второе название этого материала — алькусин. Марки алюминия с добавлением меди и кремния идут на производство деталей для промышленного оборудования. Благодаря высоким техническим характеристикам они выдерживают постоянные нагрузки.

Алюминиево-медные сплавы

Смеси меди с алюминием по техническим характеристикам можно сравнить с низкоуглеродистыми сталями. Главный минус этого материала — подверженность к развитию коррозийных процессов. На детали наносится защитное покрытие, которое сохраняет их от воздействия факторов окружающей среды. Состав алюминия и меди улучшают с помощью легирующий добавок. Ими является марганец, железо, магний и кремний.

Алюминиево-медные сплавы

Алюминиево-кремниевые сплавы

Называются такие смеси силумином. Дополнительно эти сплавы улучшаются с помощью натрия и лития. Чаще всего, силумин используется для изготовления декоративных изделий.

Сплавы с алюминием, цинком и магнием

Сплавы на основе алюминия, в которые добавляется магний и цинк, легко обрабатываются и имеют высокий показатель прочности. Увеличить характеристики материала можно проведя термическую обработку. Недостаток смеси трёх металлов — низкая коррозийная устойчивость. Исправить этот недостаток можно с помощью легирующей медной примеси.

Авиаль

В состав этих сплавов входит алюминий, магний и кремний. Отличительные особенности — высокий показатель пластичности, хорошая устойчивость к коррозийным процессам.

Дюралюмины

Дюралюминий относится к группе упрочняемых сплавов. В его основе находится алюминий и медь, а также добавки в виде железа и кремния. Процентное содержание главного легирующего элемента составляет от двух до семи процентов. Причем полпроцента меди можно растворить в алюминии при температуре окружающей среды, а 5,7% — при эвтектической (548°С).

Термообработка дюралюминов осуществляется в несколько этапов. Прежде всего, его необходимо нагреть до значения, превышающего линию предельной растворимости (как правило, эта температура составляет около 500°С). Это позволит добиться структуры однородного раствора меди в алюминии. Полученное состояние сплава фиксируется при помощи его мгновенного охлаждения в воде комнатной температуры. Данный процесс называется закалкой. В итоге образуется пересыщенный раствор, отличающийся высокими значениями мягкости и пластичности.

Особенностью закаленной дюрали является нестабильная структура, в которой даже при комнатных условиях происходят определенные преобразования. Подобные изменения ведут к группированию атомов избыточной меди в растворе. Более того, последовательность расположения этих атомов очень схожа с порядком расположения кристаллов в соединении CuAl. В кристаллической решетке твердого раствора атомы располагаются неравномерно, поэтому в ней образуются искажения, которые способствуют увеличению показателей твердости, улучшению прочностных свойств и ухудшением пластичности. При этом об образовании химического соединения пока речи не идет, как и об отделении от твердого раствора. Все изменения, которым подвергается закаленный сплав в условиях окружающей среды, называются естественным старением.

Наиболее активно данный процесс осуществляется на протяжении первых часов, а его завершение наступает спустя шесть суток, хотя в некоторых случаях достаточно и четырех. При увеличении температуры сплава до отметки 150°С происходит искусственное старение. В этом случае сокращается время легирования, но упрочнение получается не таким эффективным, как в случае естественного старения. Этому есть объяснение: при повышенных температурных режимах процесс диффузии выполняется быстрее и проще. На этом фаза образования соединения CuAl завершается, что сопровождается его выделением из твердого раствора. Упрочняющий эффект получается не таким значимым, как в случае искажения структуры твердого сплава методом естественного старения.

Если сравнить итоги старения дюралюминия, осуществляемые при разных условиях, то становится предельно ясно, что увеличить прочностные характеристики металла больше всего удается при естественном варианте старения в течение четырех-шести дней.

Сфера применения сплавов, главный элемент которых — алюминий

Одной из самых ярких характерных особенностей алюминиевых сплавов является антикоррозионность в различных средах, будь то атмосфера, соленая вода, химический раствор. К тому же, они не вступают в реакцию с продуктами питания, то есть алюминий не разрушает полезные вещества, содержащиеся в пище. По этой причине этот металл и сплавы на его основе часто используется для изготовления посуды.

Алюминиевые конструкции довольно часто устанавливаются в море. В виде облицовочных панелей и оконных рам, дверей и кабелей электропередач данный материал нашел свое применение в строительстве. На протяжении длительного периода изделие из алюминия не подвергается разрушительному воздействию коррозии, если даже оно контактирует с различными строительными растворами, главное, чтобы она часто не намокала.

Машиностроение — отрасль, в которой алюминий применяется не менее часто, чем в уже перечисленных сферах деятельности, а объясняется это его уникальными физическими характеристиками. Однако лидирующие позиции данный металл заслуженно занимает в авиации. Именно здесь каждое свойство алюминиевых сплавов имеет большое значение и используется по максимуму.

Перейти к списку статей >>

Классификация алюминиевых сплавов

Классификацию алюминиевых сплавов – сплавов алюминия – производят по различным критериям, в том числе:

  • по методу обработки – литейные и деформируемые
  • по механизму упрочнения – термически упрочняемые и деформационно упрочняемые
  • по основным легирующим элементам

Две категории: литейные и деформируемые

Две категории алюминиевых сплавов

  • литейные
  • деформируемые

Литейный алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства отливок.

Деформируемый алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства алюминиевых изделий горячей и/или холодной обработкой давлением.

Деформируемые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы сначала разливают в слитки (круглые или прямоугольные), а потом обрабатывают по различным технологиям обработки давлением – горячей и холодной – до придания им нужной формы:

  • прокаткой – для получения листов и фольги;
  • прессованием – для получения профилей, труб и прутков;
  • формовкой – для получения более сложных форм из катанных или прессованных полуфабрикатов;
  • ковкой для получения сложных форм с повышенными механическими свойствами,
    а также:
  • волочением, штамповкой, высадкой, вытяжкой, раскаткой, раздачей, гибкой и т. п.

Популярные деформируемые алюминиевые сплавы серии 6ххх, которые применяют для производства прессованных алюминиевых профилей, представлены ниже на рисунке 7.

Рисунок 7 – Основные алюминиевые сплавы серии 6ххх

Литейные сплавы

Литейные алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии разливают непосредственно в их конечную форму одним из различных методов, таких как, литье в песчаные формы, литье в кокили или литье под давлением. При литье применяют сложные литейные формы. Эти сплавы часто имеют высокое содержание кремния для улучшения их литейных свойств.

У этих двух категорий алюминиевых сплавов классификация по легирующим сплавам различная: в целом в них добавляются одни и те же легирующие элементы, но в разных количествах.

Прочность и другие механические свойства алюминиевых сплавов, как деформированных, так и литейных, определяются в основном их химическим составом, т. е. содержанием в алюминии легирующих элементов, а также вредных примесей. Однако возможно изменение этих свойств для достижения их оптимального сочетания путем дополнительной обработки сплавов – термической или деформационной, или и той, и другой. В результате этого сплав изменяет свои первоначальные механические свойства и получает свое окончательное состояние, в котором и поставляется заказчику. Упрочняющую термическую обработку применяют как к литейным, так и к деформированным сплавам, Они в этом случае называются сплавами, упрочняемыми термической обработкой.

Два механизма упрочнения

Два класса алюминиевых сплавов:

  • термически упрочняемые
  • деформационно упрочняемые (нагартовываемые)

Термически упрочняемые сплавы

Термически упрочняемый сплав – сплав, который может быть упрочнен соответствующей термической обработкой (рисунки 2, 3 и 4).

Рисунок 2 – Закалка и упрочнение старением алюминиевых сплавов

Рисунок 3 – Типичное термическое упрочнение старением

Рисунок 4 – Эффект термического упрочнения на механические свойства сплава 7075

Нагартовываемые сплавы

Деформационно упрочняемый сплав (“термически неупрочняемый”, нагартовываемый) – сплав, который упрочняется только путем деформационной обработки (рисунки 5 и 6), а не термической обработкой.

Рисунок 5 – Влияние холодной пластической обработки – нагартовки – на прочность, твердость и пластичность алюминиевых сплавов

Рисунок 6 – Кривые нагартовки (деформационного упрочнения)
термически неупрочняемых алюминиевых сплавов

Серии и системы легирования

  • Все алюминиевые сплавы – и деформируемые , и литейные – подразделяются на серии по главным легирующим элементам.
  • Каждая серия алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных, включают одну, две или три различных системы легирования.
  • Система легирования может включать только главный легирующий элемент (выделены ниже жирным шрифтом) или еще дополнительно один или более легирующих элементов.

Серии деформируемых сплавов

  • 2ххх – Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Cu-Li
  • 3xxx – Al-Mn
  • 4xxx – Al-Si
  • 5xxx – Al-Mg
  • 6xxx – Al-Mg-Si
  • 7xxx – Al-Zn, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu
  • 8xxx – Al-Fe, Al-Fe-Ni, Al-Li-Cu-Mg

Серии литейных сплавов

  • 2xx – Al-Cu, Al-Cu-Ni-Mg, Al-Cu-Si,
  • 3xx – Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Mg
  • 4xx – Al-Si
  • 5xx – Al-Mg
  • 7xx – Al-Zn
  • 8xx – Al-Sn

Получение и классификация алюминиевых сплавов

Процесс получения алюминиевых сплавов называется легированием. Однако легирование – это скорее не один, а несколько взаимосвязанных процессов. Его суть заключается в том, что в расплавленный алюминий вводят вспомогательные (легирующие) элементы в количестве от нескольких десятых до нескольких тысячных процента.

Доля вспомогательных веществ напрямую зависит от того результата, который необходимо получить

При этом важно учитывать, что алюминий обычно уже содержит в себе железо и кремний. Оба элемента не в лучшую сторону влияют на качество будущего сплава: они уменьшают его стойкость к коррозии, электропроводимость и пластичность

В связи с тем, что алюминий и алюминиевые сплавы используются в стратегически важных областях, они подлежат обязательной государственной сертификации и маркировке. В России качество сплавов определяется на основе двух ГОСТ: №4784-97 и № 1583-93.

Сплавы из алюминия можно классифицировать по нескольким разным направлениям. По типу вспомогательных (легирующиех) элементов сплавы бывают:

– с добавлением присадок (отдельных элементов – цинк, магний, марганец, хром, кремний, литий и т.д);

– с добавлением интреметаллидов (соединений из нескольких металлов – магний+кремний, медь+магний, литий+магний, литий+медь и пр.).

В зависимости от выбранного метода дальнейшей металлообработки они делятся на:

– деформируемые сплавы алюминия (сплав не превращается в жидкость, а просто становится очень пластичным) – их удобно штамповать, подвергать ковке, прокату, экструзии, прессовке. Для достижения большей прочности некоторые из сплавов подвергают обработке при повышенных температурах (отжиг, закалка и старение), другие же обрабатывают под давлением. В результате получаются такие алюминиевые заготовки, как листы, профили, трубы, изделия более сложных форм и т.д.

– литейные сплавы алюминия (сплав проступает в производство в очень жидком состоянии, чтобы его легко можно налить в какую-нибудь форму) – такие сплавы легко резать, их них получаются литые фасонные (получаемые под давлением) и формовочные изделия.

Все сплавы на базе алюминия также можно разделить по степени прочности на:

– сверхпрочные (от 480 МПа) ;
– среднепрочные (от 300 – 480 МПа);
– малопрочные ( до 300 МПа);

Отдельно классифицируются сплавы стойкие к воздействию высоких температур и коррозии.

Для того, чтобы изделия из сплавов было легко различить, каждому сплаву присваивается свой номер, состоящий из букв и цифр. Этот номер означает марку сплава алюминия. В начале наименования марки ставится буква или несколько букв, они указывают на состав сплава. Затем идет цифровой порядковый номер сплава. Буква в конце показывает, как обрабатывался сплав и в каком виде находится в данный момент.

Разберем принцип маркировки на примере сплава Д16П. Первая буква в марке “Д” означает дюралюминий, т.е сплав алюминия с медью и магнием. “16” – порядковый номер сплава. “П” – полунагартованный, то есть сплав прошел холодную обработку давлением до значения прочности вполовину меньше максимального.

Производство сплавов алюминия и их применение сильно разнятся в зависимости от вида и марки. Каждый сплав обладает своим собственным, весьма специфическим набором физико-механических свойств. Среди этих свойств есть такие, от которых зависит дальнейшая судьба сплава – то, куда он отправится с завода: на авиабазу, на стройку и в цех изготовления кухонной утвари. Эти свойства следующие: уровень прочности, коррозионная стойкость, плотность, пластичность, электро- и теплопроводность.

Алюминий, легированный марганцем и магнием

Если рассматривать неупрочняемые сплавы из алюминия, то нельзя обойти вниманием его соединения с марганцем и магнием. И первый, и второй вариант характеризуется способностью элементов растворяться в алюминии ограниченно, причем, она снижается одновременно с понижением температуры

Упрочняющее действие в процессе термической обработки нельзя назвать большим и на это есть свои причины.

В ходе образования кристаллов (максимальное содержание Mn даже не достигает 2%) из твердого раствора выделяется избыток Mn, образующий с основным металлом соединение, которое не растворяется в алюминии. Исходя из этого, следующая стадия — нагрев сверх линии предельной растворимости — не обеспечит формирование однородного раствора, то есть сплав останется неоднородным, включающим твердый раствор и металлические частицы. В результате, его нельзя подвергнуть закалке и старению.

При легировании алюминия магнием отсутствие упрочнения объясняется иначе. Повышения прочностных характеристик при содержании Mg максимум полтора процента ждать не приходится, поскольку в таком количестве он полностью растворяется в основном металле при температуре окружающей среды. Конечно, избыточные фазы не выделятся. Если увеличить процент содержания магния, процессы закалки и последующего старения приведут к образованию соединения MgAl.

Свойства полученного соединения не будут отличаться заметным ростом твердости и прочности. Даже независимо от этого, ввод в состав алюминия марганца и магния имеет свои преимущества. Например, магний в объеме до 3%, положительно воздействует на антикоррозионность и легкость сплава.

Основные преимущества алюминиевых сплавов:

  • малый удельный вес ( 2,65—2,85), примерно в 3 раза меньше удельного веса стали и медных сплавов; высокая удельная (к весу) прочность:
  • достаточная коррозионная стойкость;
  • способность покрываться прочными защитными и декоративными плёнками посредством сидирования (в частности, анодирования), фосфатирования, эмалирования и пр.
  • Существенное значение в технике имеет большая жёсткость изготовленных из алюминиевых сплавов конструкций.

Общее содержание вводимых в алюминиевые сплавы легирующих элементов (главным образом Mg, Си, Zn, Si, Mn, Сг, Fe, Ni) доходит до 10—12%.

Современные двойные сплавы: Al — Mg называются магналиями, Al — Si — силуминами; тройные сплавы Al-Cu-Mg — дуралюминами; другие двойные, тройные и многокомпонентные сплавы общепринятых специальных названий не имеют.

Алюминиевые сплавы делятся на 2 основные группы:

  1. деформируемые — для изготовления обработкой давлением разных полуфабрикатов (листов, прутков, труб и пр.), и
  2. литейные — для производства фасонных отливок.

В деформируемых сплавах содержание легирующих элементов находится обычно вблизи верхней границы их растворимости в алюминии при температуре закалки; это обусловливает их наибольшую прочность после термической обработки.

Литейные сплавы, как правило, содержат в существенном количестве эвтектику, что определяет хорошие литейные свойства (текучесть в жидком состоянии образование при кристаллизации плотных отливок и пр.).

Важнейшие деформируемые алюминиевые сплавы характеризуются табл. 1.

Сплавы Al—Mg (магналии) не подвергаются термической обработке, но могут упрочняться в результате наклёпа при холодной обработке давлением, они отличаются сравнительно низкой или средней прочностью, хорошей свариваемостью, высокой коррозионной стойкостью.

Широко применяются в судостроении, в ракетной технике, в качестве декоративного материала.

Сплавы Al—Cu—Mg (дуралюмины) после закалки и старения отличаются высокой прочностью и применяются в виде листов, фасонных профилей, труб, заклёпочной проволоки.

Для повышения коррозионной стойкости дуралюминовые листы методом плакировки покрываются с обеих сторон чистым алюминием.

Вводимый в малых количествах в состав дуралюминов марганец (так же как хром и цирконий) упрочняет сплавы, особенно сильно в горячепрессованных изделиях.

Пресс-эффект больше сказывается в толстых профилях чем и объясняется значительная разница (зависящая от величины сечения) между нижними и верхними пределами значений механических свойств прессованных изделий из дуралюмина и некоторых других алюминиевых сплавов.

Дуралюмины достаточно прочны при температуpax до 200°.

Сплавы Al—Cu—Mg—Fe—N хорошо поддаются ковке и штамповке.

После всесторонней проковки заготовок из этих сплавов изделия имеют практически равную во всех направлениях прочность, сохраняющуюся на достаточном уровне при температуpax до 250°.

Сплавы Al—Cu—Si—Mg отличаются не только деформируемостью, но и хорошими литейными свойствами, что важно для непрерывной отливки крупных слитков (при исключении из этих сплавов меди, т.е. при получении алюминиемагниекремниевых сплавов, наблюдается существенное увеличение коррозионной стойкости, такие тройные сплавы применяются в судостроении наряду с магналиями)

Производство и рынок

Основная статья: Алюминиевая промышленность

 Производство алюминия в миллионах тонн

Достоверных сведений о получении алюминия до XIX века нет. Встречающееся иногда со ссылкой на «Естественную историю» Плиния утверждение, что алюминий был известен при императоре Тиберии, основано на неверном толковании источника.

В 1825 году датский физик Ганс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей плёнкой оксида алюминия.

До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился.

Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль (его исследования финансировал Наполеон III, рассчитывая, что алюминий пригодится его армии) изобрёл первый способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl3. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 6—8 кг. За 36 лет применения, с 1855 по 1890 год, способом Сент-Клер Девиля было получено 200 тонн металлического алюминия. В 1856 году он же получил алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

В 1885 году был построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме, работающий по технологии, предложенной Николаем Бекетовым. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na3AlF6) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путём в период с 1854 по 1890 год.

Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции (1886 год) и основанный на получении алюминия электролизом глинозёма, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. С тех пор, в связи с улучшением электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозёма внесли русские учёные К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в городе Волхов. Металлургическая промышленность СССР в 1939 году производила 47,7 тыс. тонн алюминия, ещё 2,2 тыс. тонн импортировалось.

Вторая мировая война значительно стимулировала производство алюминия. Так, в 1939 году общемировое его производство, без учёта СССР, составляло 620 тыс. т, но уже к 1943 году выросло до 1,9 млн т.

К 1956 году в мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году — 5,4 млн т, в 1980 году — 16,1 млн т, в 1990 году — 18 млн т.

В 2007 году в мире было произведено 38 млн т первичного алюминия, а в 2008 — 39,7 млн т. Лидерами производства являлись:

  1. КНР (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т)
  2. Россия (3,96/4,20)
  3. Канада (3,09/3,10)
  4. США (2,55/2,64)
  5. Австралия (1,96/1,96)
  6. Бразилия (1,66/1,66)
  7. Индия (1,22/1,30)
  8. Норвегия (1,30/1,10)
  9. ОАЭ (0,89/0,92)
  10. Бахрейн (0,87/0,87)
  11. ЮАР (0,90/0,85)
  12. Исландия (0,40/0,79)
  13. Германия (0,55/0,59)
  14. Венесуэла (0,61/0,55)
  15. Мозамбик (0,56/0,55)
  16. Таджикистан (0,42/0,42)

В 2016 году было произведено 59 млн тонн алюминия

См. также: Список стран по выплавке алюминия

На мировом рынке запас составляет 2,224 млн т., а среднесуточное производство — 128,6 тыс. т. (2013.7).

В России монополистом по производству алюминия является компания «Российский алюминий», на которую приходится около 13 % мирового рынка алюминия и 16 % глинозёма.

Мировые запасы бокситов практически безграничны, то есть несоизмеримы с динамикой спроса. Существующие мощности могут производить до 44,3 млн т первичного алюминия в год. Следует также учитывать, что в будущем некоторые из применений алюминия могут быть переориентированы на использование, например, композитных материалов.

Цены на алюминий (на торгах международных сырьевых бирж) с 2007 по 2015 годы составляли в среднем 1253—3291 долларов США за тонну.

Современные алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы используются вместо стали не так давно и в качестве главного преимущества выступает их низкий вес. Они имеют гораздо большую удельную прочность. Это значит, что для обеспечения равной прочности потребуется 10 г алюминия или 50 г стали (коэффициент выбран произвольно для примера).

Все алюминиевые сплавы подразделяют на силумины и дуралюмины. Силуминами называется сплав кремния с алюминия, дуралюминами – сплав алюминия и меди (возможно присутствие и дополнительных легирующих добавок).

Для спортивных изделий чаще всего применяется дуралюмин. С силуминами можно встретиться только в велосипедной сфере — там из него изготавливаются штаны вилки. Остальной же инвентарь выполняется из дюрали.

Чаще других вам встретятся сплавы В-95Т, АД33 и Д16Т. Также могут встречаться такие маркировки, как 6061, 7005 и 7075. Это всего лишь разные стандарты записи. Так сплав АД33 – это эквивалент сплава 6061, Д16 – аналог 7005, а В95 – 7075. Буква Т во всех случаях обозначает термообработку, а цифра после буквы Т – режим этой обработки. Для простого пользователя эта информация мало необходима. Но свойства этих сплавов разнятся.

Сплав Д16 (7005) – имеет большую вязкость, соответственно более пластичен и обладает меньшей упругостью. Прочность его соответственно тоже чуть меньше, чем у аналогов, но зато он меньше подвержен хрупкому разрушению и меньше растрескивается.

Сплав АД33 (6061) – обладает оптимальным диапазоном свойств и прекрасно справляется с ударными нагружениями. Обладает как пластичностью, так и прочностью.

Сплав В95 (7075) – самый прочный и упругий из всех перечисленных вариантов. Обладает большим запасом механической прочности, но при этом хрупкий и не очень хорошо воспринимает ударные нагрузки.

Остаётся ответить на вопрос, какой сплав лучше подойдет для какого варианта использования. Очевидно, что например для изготовления каркаса палатки, где нет ударного нагружения и усталости, а важна упругость, лучше подходит сплав типа В95. Для велосипедной рамы лучше подойдет сплав АД33, поскольку упругость и прочность важны в равных степенях. Сплав Д16 лучше подойдет для менее ответственных конструкций – например для изготовления каких-то стационарных зацепов или элементов защиты.

Кроме того, нужно иметь в виду, что алюминиевые изделия довольно сложно ремонтировать, поскольку не всегда удается найти специалиста, способного сваривать алюминиевые детали без специальной камеры. Однако, современные алюминиевые детали обладают очень высоким качеством (по сравнению с тем, что наблюдалось около 30-40 лет назад), а поэтому редко выходят из строя при соблюдении правил эксплуатации.

Температура плавления алюминия

Получение алюминиевого расплава, как и многих других материалов, происходит после того, как к исходному металлу подвели тепловую энергию. Она может быть подведена как непосредственно в него, так и снаружи.

Температура плавления алюминия напрямую зависит от уровня его чистоты:

  1. Сверхчистый алюминий плавится при температуре 660, 3°C.
  2. При количестве алюминия 99,5% температура плавления составляет 657°C.
  3. При содержании этого металла в 99% расплав можно получить при 643°C.


Алюминиевый расплав


Процесс получения алюминия

Алюминиевый сплав может включать в свой состав различные вещества, в том числе и легирующие. Их наличие приводит к снижению температуры плавления. Например, при наличии большого количества кремния, температура может понизиться до 500°C. На самом деле понятие температуры плавления относят к чистым металлам. Сплавы не обладают какой-то постоянной температурой плавления. Этот процесс происходит в определенном диапазоне нагрева.

Первая температура обозначает ту точку, в которой начинается плавление алюминия, а вторая, показывает, при какой температуре, сплав будет окончательно расплавлен. В промежутке между ними сплав будет находиться в кашеобразном состоянии.

Производство алюминия

В природе алюминий можно найти в составе горных пород. Самой насыщенной считается боксит. Производство этого металла можно разделить на несколько этапов:

  1. В первую очередь руда дробится и сушится.
  2. Получившаяся масса нагревается над паром.
  3. Обработанная смесь пересыпается в щелочь. Во время этого процесса из неё выделяются оксиды алюминия.
  4. Состав тщательно перемешивается.
  5. Далее получившийся глинозем подвергается действию электрического тока. Его сила доходит до 400 кА.

Последним этапом является отливка алюминия в формы. В этот момент в состав могут добавляться различные компоненты, которые изменяют его характеристики.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий