Алюминий – один из самых востребованных металлов в промышленности
Алюминий находит самое широкое применение в промышленности, электротехнике и радиотехнике. Его сплавы, которые отличаются высокой прочностью и легкостью, незаменимы в машиностроении. Благодаря алюминию начали бурно развиваться авиационная промышленность и судостроение. Он снизил вес корпусов и помог снизить маневренность техники.
Алюминий и его сплавы применяются даже в пищевой отрасли: из этого металла делают фольгу, в которую упаковывают пищевые продукты.
Как добывается промышленный алюминий
Производство алюминия
В мире всего несколько шахт, где бокситы добываются из недр земли. Чаще добыча производится открытым способом: породу срезают пласт за пластом, а затем перевозят для последующей переработки и получения промышленного алюминия электролизом.
Как производится промышленный алюминий
Полученный в процессе электролиза Al содержит различные примеси: железо, медь, кремний, – их удаляют, потому что даже небольшое количество «добавки» может повлиять на свойства металла.
Добыча алюминия из глины в домашних условиях как бизнес идея
Очищенный металл разливают в формы, где он затвердевает. Слитки могут быть разных размеров:
- от 6 до 22 кг («чушки»);
- до 30 т («слябы»).
Полученный продукт используется в промышленности: для производства фольги, проката, банок и даже автомобильных кузовов.
Какие виды сплавов алюминия используют в промышленности
Чистый алюминий пользуется меньшим спросом, чем его сплавы, потому что уступает им в свойствах: одни примеси делают металл тверже, другие повышают его коррозионную устойчивость, третьи – изменяют теплопроводность.
Из алюминия и его сплавов делают множество незаменимых вещей
Наиболее часто в состав алюминиевого сплава добавляют магний, марганец, кремний, медь, литий. Реже – титан, бериллий, цирконий.
Алюминиево-магниевые сплавы
Они содержат до 6 % магния, который увеличивает прочность материала. Большее количество примеси приведет к тому, что механическая структура металла в нагартованном состоянии станет малоустойчивой и антикоррозионная способность материала ухудшится.
Сплавы AL-Mg обладают следующими свойствами:
- свариваемость;
- усталостная прочность;
- устойчивость к коррозии.
Кроме магния, в сплаве могут содержаться титан, хром, марганец, ванадий или кремний – такой материал будет еще более прочным. А вот железо или медь в составе приведет к ухудшению антикоррозионных свойств и свариваемости.
Смесь алюминий-магний-цинк прочнее и удобнее в обработке. Однако при механическом напряжении этот сплав подвержен коррозии, поэтому его дополнительно легируют медью.
Алюминиево-марганцевые сплавы
Сплавы с использованием марганца повышают устойчивость металла к коррозии и усиливает свариваемость. Также алюминиево-марганцевые сплавы, помимо основных, содержат вспомогательные примеси – железо и кремний.
Алюминиевые сплавы
Как различать металлы? Собираем и сортируем металлолом.
Для получения металла с мелкозернистой структурой алюминиево-марганцевый сплав дополнительно легируют титаном – это улучшает механические свойства металла, его упругость и сопротивляемость разрыву.
Алюминиево-кремниевые сплавы
Эти сплавы также называют силуминами. Они отличаются механическими свойствами и используются в производстве различных деталей и запчастей – силуминовые продукты устойчивы к воздействию температур и не теряют своих свойств даже при 300 °C.
Алюминиево-медные сплавы
Этот сплав по-другому еще называют алюминиевой бронзой. Ее механические свойства превышают даже характеристики некоторых низкоуглеродистых сталей. Достигается это за счет закалки и естественного старения.
Единственный недостаток этого сплава – низкая коррозионная стойкость, поэтому все детали, изготовленные из алюминиевой бронзы, обычно подвергают анодному оксидированию и защитному окрашиванию.
Есть еще один сплав на основе алюминия и меди – алькусин. В нем как дополнительный компонент используется кремний, что делает материал способным выдерживать постоянные нагрузки. Поэтому алькусин применяется для изготовления втулок подшипников и блоков цилиндров.
Авиаль и алюминиево-литиевые сплавы
И тот и другой сплавы чаще всего используются в авиационной промышленности.
Авиаль, или авиационный алюминий, – целая группа сплавов, имеющих в своем составе алюминий, магний, кремний с добавлением марганца, хрома, меди. Эти материалы характеризуются высокой прочностью, пластичностью, умеренной устойчивостью к ржавлению.
Сплав AL-Li высокопрочный, обладающий хорошей упругостью. В настоящее время именно этот материал является самым востребованным в авиационной промышленности, так как позволяет заметно снизить стоимость изделий.
Авиаль – сплав, незаменимый в авиационном строительстве
Эти сплавы широко применяются в аэрокосмической промышленности – например, из него делают лонжероны вертолетных лопастей, проставки, рамы для шасси, корпусы самолетов (например, корпус «Боинг-676» на 81 % состоит из этого металла).
Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.
«Новаметалл Трейд» − один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.
В статье использованы изображения из сервиса «Яндекс.Картинки».
Источник: dzen.ru
2. Химические свойства алюминия
Но в реакциях (например, с кислородом или водой) на поверхности алюминия сразу образуется защитная оксидная пленка, металл пассивируется.
Как можно обеспечить постоянный доступ реагентов к поверхности металла?
Если царапать поверхность алюминия чем-нибудь твёрдым, оксидная плёнка вновь очень быстро образуется, и реакция прекратится.
Есть другой способ. Можно использовать способность алюминия образовывать амальгаму — сплав с ртутью , с которой плёнка оксида алюминия легко удаляется.
Если погрузить алюминий на несколько секунд в подкисленный раствор хлорида или нитрата ртути((II)), то произойдёт реакция замещения, и получится металлическая ртуть, которая осаждается на поверхности алюминия и образует с ним амальгаму:
(Al + Hg = Al(Hg)).
При нагревании алюминий активно реагирует с кислородом, серой, галогенами:
2 Al + 3 S = t Al 2 S 3 .
При взаимодействии алюминия с иодом нагревания не требуется, а катализатором реакции является капля воды:
Источник: www.yaklass.ru
Как называется сплав алюминия с медью? Производство сплавов металлов на основе меди и алюминия
Одним из самых распространенных металлов на Земле считается алюминий. Его еще называют «летающим металлом». Несмотря на то, что в природе он не встречается в чистом виде, его можно найти во многих минералах. А самый распространенный сплав, который используется для производства множества деталей и конструкций, – это дюралюминий (дюраль).
Его изобрел немецкий ученый Альфред Вильм, который работал на заводе Dürener Metallwerke AG (город Дюрен). Он определил, что сплав алюминия с медью обладает намного более лучшими характеристиками, чем сам металл в чистом виде.
Группа высокопрочных сплавов
На самом деле дюралюминий – это целая группа сплавов, в которых основным компонентом является алюминий, а его легирующими элементами – медь, цинк, марганец, магний. Но в целом их характеристика определяется не только составом, но и способом термообработки. В 1903 году впервые было обнаружено, что в процессе старения сплав алюминия с медью становится еще более прочным и твердым.
Как выяснилось позже, это объясняется тем, что когда после закалки металл находится несколько дней при комнатной температуре, его перенасыщенный твердый раствор распадается, а это, в свою очередь, сопровождается упрочнением материала.
Процесс старения и возврат к предыдущему состоянию
Как уже было сказано ранее, старение металла – важный процесс, который обуславливается структурными превращениями, вызывающими изменения физических и механических свойств. Оно может быть естественным и искусственным. В первом случае сплав выдерживают несколько суток при комнатной температуре.
При искусственном старении время обработки сокращается, но при этом увеличивается температура. Для того чтобы вернуть сплав к предыдущему состоянию, его необходимо на несколько секунд нагреть до 270 градусов и затем быстро остудить.
Производство алюминия
Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом.
Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.
Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.
Производство дюрали
В общей сложности все алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные и деформированные. Процесс их производства зависит именно от того, какой вид должен получиться в конечном итоге. Кроме того, способ изготовления также зависит и от требуемых характеристик.
Для производства дюраля алюминиевые слитки расплавляют в электрической печи. Интересно, что это один из немногих металлов, который можно переводить из твердого состояния в жидкое и наоборот множество раз. Это не повлияет на его характеристики. В расплавленный алюминий по очереди добавляют медь и другие легирующие элементы, такие как марганец, железо, магний. Очень важно соблюдать процентное соотношение: 93% алюминия, 5% меди, остальные 2% приходятся на другие легирующие элементы.
Закалка и отжиг дюраля
Обязательным для такого сплава является процесс закалки. Время выдержки для небольших деталей составляет всего несколько минут, а температура — около 500 °С. Сразу после процедуры дюраль получается мягким и вязким. Он легко поддается деформации и обработке. Спустя некоторое время сплав твердеет и его механические свойства повышаются.
Если превысить порог температуры, происходит окисление и материал теряет свои характеристики. После закалки его необходимо медленно остудить в прохладной воде.
Итак, вы уже знаете, как называется сплав алюминия с медью. Он нередко поддается деформации: холодному прокату, вытяжке, ковке. При этом возникает так называемая нагартовка. Это процесс, в ходе которого в структуре металла происходит передвижение и размножение дислокаций. В итоге сам сплав меняет свою структуру, становится более твердым и прочным.
При этом снижается его пластичность и ударная вязкость. Для того чтобы деформации проходили более легко и нагартовка не разрушала металл, используют отжиг. Для этого сплав нагревают до 350 °С и затем остужают на воздухе.
Диаграмма состояния сплава (алюминий и медь)
Для того чтобы наиболее четко описать взаимодействие компонентов дюраля в твердом и жидком состоянии, а также объяснить характер изменения свойств сплава, используют диаграмму состояний.
Из неё видно, что наибольшая растворимость Cu в сплаве с алюминием наблюдается при температуре 548 °С и при этом она составляет 5,7 %. При повышении температуры она будет увеличиваться, а при понижении – уменьшаться. Минимальная растворимость (0,5 %) будет наблюдаться при комнатной температуре. Если же дюраль закалить выше 400 °С, он станет твердым однородным раствором – α.
Во время данного процесса будет происходить распад твердого раствора. Очень необычно ведёт себя сплав алюминия и меди, формула которого — CuAl2. Процесс сопровождается выделением избыточной фазы А1. Такой распад протекает в течение длительного времени. Это и есть то естественное старение, о котором мы уже ранее упоминали.
Свойства сплава
Легирование металла теми или иными элементами позволяет повысить его характеристики. Вы запомнили, как называется сплав алюминия с медью? Какими же свойствами он обладает?
Сам по себе алюминий очень легкий, мягкий и совершенно непрочный. Он растворим в слабо концентрированных щелочах и кислотах. Добавив к алюминию медь и магний, можно получить уже достаточно прочный сплав. Его эксплуатационные параметры достаточно легко улучшить – просто нужно оставить его полежать при комнатной температуре. Так, эффект старения увеличивает прочность дюраля, о чём мы говорили выше.
Сам по себе алюминий достаточно легкий. Незначительный процент меди не утяжеляет сплав. Еще одна положительная характеристика – это возможность многократно переплавлять сплав. При этом он не будет терять своих свойств. Единственное, что необходимо, так это после отливки дать ему «отдохнуть» пару суток.
Недостатком дюралюминия является его низкая коррозионная стойкость. Поэтому чаще всего такой материал покрывают чистым слоем алюминия или же красят лаками и красками.
Алюминиевые сплавы и их применение
Впервые дюраль был использован для изготовления дирижаблей. Легкость и прочность этого материала позволила создать отличный летательный аппарат. Для этого применялась марка Д16т. В настоящее время сплавы с алюминием, цинком, медью и другими легирующими элементами широко используются в космонавтике, авиации и иных областях машиностроения.
Так, например, использование дюралюминия при изготовлении авто может значительно снизить его вес и стоимость, но при этом оно будет достаточно прочным.
В общем, можно отметить, что ассортимент данного сплава достаточно широк: трубы, проволоки, листы, ленты, прутки и литые детали разных форм. Одной из самых востребованных и распространенных марок по-прежнему считается Д16т. Маленькая буква «т» в конце маркировки означает, что сплав закаленный и естественно состарился. Он используется:
- В конструкциях космических аппаратов, морских судов и самолетов.
- Для изготовления различных деталей для станков и машин.
- Для изготовления уличных табличек, дорожных знаков.
Название сплава алюминия и меди должен знать каждый. Дюраль используется и в нефтяной промышленности. Так, специальные трубы, изготовленные из него, могут обеспечить эксплуатацию скважины в течение 6-7 лет.
Как называется сплав алюминия и меди, запомнить легко. Итак, мы рассказали, каким свойствами он обладает и где применяется. Он с легкостью может заменить стальной прокат, в особенности если необходимо сделать конструкцию маловесной.
Источник: fb.ru