Алюминий и его сплавы, их состав, свойства, марки, области применения

Алюминий и его  сплавы, их состав, свойства, марки, области  применения 

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Кристаллизуется  в решетке ГЦК с периодом a  = 0,4041 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не испытывает. Алюминий обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро- и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность и малая прочность.

Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью в  атмосфере и среде многих органических кислот, что обусловлено образованием на его поверхности сплошной тонкой (≈ 5 нм) и плотной оксидной пленки Al2O3. В щелочных средах и некоторых  неорганических кислотах алюминий быстро разрушается. 

По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа. 

Отечественная промышленность выпускает первичный алюминий (ГОСТ 11069–74) трех сортов (табл. 16.1): особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995–А95) и технической  чистоты (А85–А0). В обозначении марки  буква «А» означает алюминий, а  последующие цифры указывают  десятые, сотые и тысячные доли процента содержания алюминия. Например, алюминий марки А995 содержит не менее 99,995 % Al, марки А6 — 99,6 % Al, марки А0 — 99,0 % Al.  

Алюминий особой и высокой чистоты применяется  для лабораторных и специальных  целей, алюминий технической чистоты  — для технических целей (выпуск деформируемого полуфабриката, получения  сплавов и др.). 

Основные примеси  в алюминии — Fe и Si. Железо и кремний практически не растворимы в твердом алюминии и образуют тройные промежуточные фазы a (Fe2SiAl6) и b (FeSiAl5), которые приводят к повышению прочности и снижению пластичности.

Технический алюминий 

Марки и химический состав технического алюминия (ГОСТ 4784–97) приведены в табл. 16.2. Большой  объем производства полуфабрикатов из технического алюминия составляют листы, проволока, прутки, трубы, которые  применяются в трех состояниях: отожженном (М), полунагартованном (Н2) или нагартованном (Н), горячекатаном (ГК). Механические свойства технического алюминия приведены в табл. 16.3. 

Технический алюминий и его сварные соединения обладают высокой коррозионной стойкостью к  межкристаллитной, расслаивающей коррозии и не склонны к коррозионному  растрескиванию.

Алюминий обладает высокой технологической пластичностью, сваривается всеми методами. Обрабатываемость резанием плохая вследствие высокой  вязкости. 

Применение. Алюминий используется во многих отраслях промышленности и в быту. Он применяется в химической и пищевой промышленности, так как не взаимодействует с концентрированной азотной, органическими кислотами и пищевыми продуктами. Из него изготавливается различная тара, емкости, упаковочный материал и др. В отличие от плакированной жести, он легко перерабатывается. Кроме того алюминий широко применяют в строительстве, авто- и вагоностроении, электротехнике и криогенной технике. Алюминий марок АД1 и АД1пл используется в качестве плакирующего слоя на листах из сплава типа дуралюмин для защиты от коррозии. 

Классификация алюминиевых  сплавов 

Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более  высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками. 

Основными легирующими  элементами в алюминиевых сплавах  являются Cu, Zn, Mg, Mn, Zr. В условиях равновесия алюминиевые сплавы представляют собой равновесный твердый раствор с выделениями интерметаллидных фаз типа CuAl2

(q -фаза), Al2CuMg (S-фаза), Al6CuMg4 (Т-фаза) и др. Помимо основных элементов в сплавы вводят малые добавки Cr, Zr, Ti, Sc, V, Be и некоторые редкоземельные элементы, которые существенно влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, на процесс рекристаллизации и размер зерна, на коррозионные и технологические свойства. 

Большое влияние  на технологические, особенно литейные свойства, в частности на пластичность и склонность к кристаллизационным трещинам, оказывают уровень и  соотношение постоянно присутствующих примесей железа и кремния. При уменьшении содержания этих примесей и, соответственно, количества грубых первичных интерметаллидов в сплавах существенно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения. Поэтому для техники ответственного назначения, в том числе для авиакосмической, разработаны сплавы с жестким ограничением по примесям, которые в марке имеют обозначение «ч» — чистые; «пч» — повышенной чистоты; «оч» — особой чистоты. 

Состав промышленных алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784–97, ГОСТ 1583–93 и др.), структура и свойства изделий из них в значительной степени определяются способом производства. По способу производства алюминиевые  сплавы делятся на две основные группы: деформируемые и литейные. 

По способности  к упрочнению термической обработкой алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые термообработкой и упрочняемые термообработкой (см рис 16.1).

В зависимости от уровня прочности, технологических  свойств и назначения алюминиевые  сплавы разделяют на сплавы высокой, средней и пониженной прочности; ковочные, заклепочные, свариваемые; коррозионностойкие, жаропрочные, криогенные, со специальными физическими свойствами (например, пониженной плотности) и др.

Маркировка сплавов  

Для деформируемых  алюминиевых сплавов изначально принята и в настоящее время  в основном применяется смешанная  буквенная и буквенно-цифровая маркировка. Происхождение букв и цифр довольно случайное и строгой системы  обозначения нет. 

Позднее (в 1960-х годах) была введена единая цифровая маркировка алюминиевых сплавов, которая постепенно внедряется в практику, введена в  стандарты и присваивается всем новым сплавам. Для обозначения  марок сплавов применяют систему  в основном из четырех цифр (табл. 16.5). Первая цифра 1 обозначает основу сплавов  — алюминий. Вторая цифра в марке  несет главную смысловую нагрузку, указывая систему легирования. Пока использованы семь вторых цифр, а из них, цифры 6, 7 и 8 — резервные для  возможных новых систем. 
 

Последние две цифры  в марке указывают номер сплава, причем последняя из них имеет  дополнительный смысл: все деформируемые  сплавы обозначаются нечетными цифрами, включая и ноль. Порошковые сплавы обозначаются последней цифрой 9. Опытные  сплавы обозначаются цифрой 0, которая  ставится перед единицей.