Властивості алюмінію та області застосування в промисловості та побуті

У авіа - і машинобудуванні, при виготовленні будівельних конструкцій, використовують значно більш тверді сплави алюмінію, так як вони володіють високими характеристиками міцності. Один з найвідоміших - сплав алюмінію з міддю і магнієм (дуралюмин, або просто "дюраль"; назва походить від німецького міста Дюрена). Дуралюмина володіють хорошим поєднанням міцності і пластичності, але мають при цьому не високу корозійну стійкість Типовим представником дуралюмина є сплав Д16 містить 4,3% Сu.1.5% Mg.0.6% Mn. Цей сплав після гарту набуває особливої ​​твердість і стає приблизно в 7 разів міцніше чистого алюмінію. У той же час він майже втричі легше заліза. Його отримують, сплавляючи алюміній з невеликими добавками міді, магнію, марганцю, кремнію і заліза. Широко поширені силуміни - ливарні сплави алюмінію з кремнієм. Виробляються також високоміцні, кріогенні (стійкі до морозів) і жароміцні сплави. На вироби з алюмінієвих сплавів легко наносяться захисні і декоративні покриття. Порівняно дешева алюмінієва бронза (до 11% Al) має високі механічні властивості, вона стійка в морській воді і навіть у розведеної соляної кислоти. З алюмінієвої бронзи в СРСР з 1926 по 1957 карбувалися монети номіналом 1, 2, 3 і 5 копійок.  
 

4. Застосування алюмінію і його сплавів у промисловості та побуті  

4.1 Авіація  

Сучасна авіаційна техніка - це техніка для тривалої експлуатації (понад 40 000 льотних годин). Її вироби знаходяться під впливом циклічних навантажень, температури та атмосферного середовища. Через сильний аеродинамічного нагріву матеріал обшивки і окремі елементи нагріваються до дуже високої температури при надзвукових швидкостях до 153 С і при гіперзвукових - до 390 С. Останнім часом не без підстави віддають перевагу матеріалам середньої міцності при високих значеннях їх пластичності.

При виборі матеріалу однієї з найважливіших експлуатаційних характеристик для польотних конструкцій є статистична витривалість і втомна міцність. Невисокі значення втомної міцності алюмінієвих сплавів - один з основних недоліків при використанні їх у деталях, підтверджених високим динамічним навантаженням.

Матеріали, застосовувані в літакобудуванні, повинні також мати високі корозійними властивостями: при цьому контакт матеріалу з навколишнім середовищем (атмосферою) слід розглядати з урахуванням температурно-часового чинника. Надзвукова авіація, поряд із переліченими, висуває додаткові, більш жорсткі вимоги до матеріалів: працездатність при підвищених акустичних навантаженнях, повзучість і її вплив на зміну геометричних розмірів конструкції в процесі експлуатації (з урахуванням тривалості ресурсу), рівень температурних і втомних напружень, які виникають в конструкції при польоті на надзвукових швидкостях.

У Росії при виготовленні авіаційної техніки успішно використовуються зміцнюється термічною обробкою високоміцні алюмінієві сплави Al-Zn-Mg-Cu та сплави середньої і підвищеної міцності Al-Mg-Cu. Вони є конструкційним матеріалом для обшивки і внутрішнього сплавного набору елементів планера літака (фюзеляж, крило, кіль і ін.)

При виготовленні гідролітаків передбачено застосування зварюються корозійно-стійких магнолієвих сплавів (Aмг 5, АМГ 6) і сплавів Al-Zn-Mg (1915, В92, 1420). Планер легкого літака (фюзеляж, крила і хвостове оперення), як правило, виготовляються з алюмінієвого сплаву Д16.

У конструкції літаків цивільного флоту використовують переважно сплави Д16, Д19, В95, В96 в якості матеріалів для фюзеляжу, даху і кіля. Обшивка верхній поверхні крила виконується зі сплавів типу В95, добре працюють на стиск. Деталі розтягнутої зони крила і обшивка фюзеляжу, допоміжні лонжерони і неровори виготовляються з високоміцного сплаву типу Д16, В95. Сплави ці рекомендуються для силових деталей, які сприймають великі експлуатаційні навантаження. Пресовані напівфабрикати зі сплавів В95 і В96 надходять на виготовлення кіля великогабаритних літаків. Обшивка в зоні двигуна, піддається нагріванню, в основному, виготовляються із сплавів Д16, Д19.

Конструкція надзвукових літаків при швидкостях польоту понад 2,2 М піддається аеродинамічному нагріванню до 120оС і значним перевантаженням. Основним матеріалом в конструкції літака даного типу є сплав АК4-1.  
 

4.2 Суднобудування  

Алюміній і сплави на його основі знаходять все більш широке застосування в суднобудуванні. З алюмінієвих сплавів виготовляють корпуси суден, палубні надбудови, комунікацію і різного роду суднове устаткування.

Основна перевага при впровадженні алюмінію і його сплавів в порівнянні зі сталлю - зниження маси судів, яка може досягати 50 ... 60%. У результаті представляється можливість підвищити вантажопідйомність судна або поліпшити його тактико-технічні характеристики (маневреність, швидкість і т.д.).

Найбільш широке застосування серед алюмінієвих сплавів для виготовлення конструкцій річкового і морського флоту знаходять магналіевие сплави АМгЗ, АМг5, АМг61, а також сплави АМц і Д16. Корпус судна підвищеної вантажопідйомності виготовляють зі сталі, тоді як надбудови та інше допоміжне обладнання з алюмінієвих сплавів. Має місце виготовлення риболовецьких баркасів зі сплаву АМг5 (обшивка).

Широке застосування в суднобудуванні США знаходять зварювані сплави серії 5ххх і 6ххх. Там, де необхідна висока міцність (500 МПа), використовуються напівфабрикати зі сплавів серії 2xxx і 7ххх.  

4.3 Залізничний транспорт  

Важкі умови експлуатації рухомого складу залізниці (тривалий термін служби і здатність витримувати ударні навантаження) висувають особливі вимоги до конструкційних матеріалів.

Основні характеристики алюмінію і його сплавів, що розкривають доцільність застосування їх у залізничному транспорті, висока питома міцність, невелика сила інерції, корозійна стійкість. Впровадження алюмінієвих сплавів при виготовленні зварних ємностей підвищує їх довговічність при перевезенні ряду продуктів хімічної та нафтохімічної промисловості.

Алюміній і його сплави використовуються при виготовленні кузова і рами вагона. Для вагону рекомендовані зварювані сплави середньої міцності марок АМг3, AMr5, АМг6 і 1915 [96-100]. Перспективними сплавами для рефрижераторних вагонів є алюмінієві сплави. Залежно від продуктів хімічної промисловості вибирається марка зварюваного матеріалу для котлів цистерни.

У США з зварюваних сплавів серії 6ххх, серії 5ххх і сплаву 7005 виготовляють рухомий склад із здобуттям оптимальних характеристик міцності і високої корозійної стійкості зварних елементів.  

4.4 Автомобільний транспорт  

Одним з основних вимог до матеріалів, що застосовуються в автомобільному транспорті, є мала маса і досить високі показники міцності. Беруться до уваги також корозійна стійкість і гарна декоративна поверхня матеріалу.

Висока питома міцність алюмінієвих сплавів збільшує вантажопідйомність і зменшує експлуатаційні витрати пересувного транспорту. Висока корозійна стійкість матеріалу продовжує терміни експлуатації, розширює асортимент перевезених товарів, включаючи рідину і гази з високою агресивної концентрацією.

При виготовленні елементів каркаса, обшивки кузова напівпричепа автофургона, рефрижератора, скотовоз і т.п. перспективним матеріалом є алюмінієві сплави АД31, 1915 (пресовані профілі) та сплави АМг2, АМг5 (лист).

Знаходять застосування алюмінієві сплави АМц, АМгЗ і 1915 при виготовленні окремих вузлів легкового автомобіля (навісні деталі, бампери, радіатори охолодження, опалювачі).

В автомобілебудуванні США широко використовуються алюмінієві сплави зварювані серії Зххх, 5ххх і 6ххх.

З пресованих напівфабрикатів сплавів 2014 і 6061 виготовляють балки, рами важких вантажних автомобілів. Конфіденційність та окремі елементи зі сплаву 5052 надходять на виготовлення кабіни. Як обшивального матеріалу кузова вантажівки використовують лист із сплавів 5052, 6061, 2024, 3003 і 5154. Стійки кузова виконуються з пресованих напівфабрикатів сплавів 6061 і 6063. Магналіевие сплави серії 5ххх (5052, .5086, 5154 і 5454) є основним матеріалом при виготовленні автоцистерн.