Алюминий, его сплавы и производство

Алюминий (Al) - металл серебристого цвета, плотность ρ=2,7 г/см³, t_пл=660˚С. Имеет ГЦК решетку без аллотропических превращений, обладает высокой электро- и теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью за счет образования на его поверхности плотного окисла Al₂O₃. Стоек к концентрированной HNO₃ (азотная кислота). Ввиду низкой прочности применяют в ненагруженных деталях (фольга, трубопроводы, теплообменники, провода и т.д.)

Алюминиевые сплавы нашли широкое применение в промышленности благодаря малой плотности при достаточно высоких характеристиках прочности, высокой стойкости против коррозии как в атмосферных средах, так и в других средах, хорошими технологическими свойствам (обрабатываемость, свариваемость).

В качестве основных легирующих элементов используется медь, магний, марганец, кремний, цинк.

По технологии изготовления изделий алюминиевые сплавы делят на 2 группы: деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. К термически неупрочняемым сплавам относятся системы Al – Mn (АМц) и Al – Mg (АМг). Эти сплавы хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваются, имеют высокую коррозионную стойкость. Сплавы групп АМц и АМг не упрочняются термической обработкой. Их прочностные свойства повышают за счет холодного пластического деформирования или наклепа. Из таких сплавов изготавливают емкости, трубопроводы.

Из термически упрочняемых сплавов наибольшее применение получили дуралюмины – это медные сплавы с содержанием меди 3 – 5 % с добавками Mg, Si).

Упрочняющая термическая обработка (закалка) основана на изменении растворимости меди в алюминии при комнатной температуре составляет 0,5%, а при температуре 550 ˚С максимальная растворимость составляет 5,5%. Если сплав с максимальным содержанием меди нагреть и быстро охладить, то получим пересыщенный твердый раствор меди в алюминии. Этот раствор является неустойчивым и распадается с выделением меди. Процесс распада пересыщенного раствора, который образуется в процессе закалки, называется старением. В результате старения в сплаве образуется зоны, богатые медью, называются зонами Геньо – Престона. Выделение меди искажают кристаллическую решетку, в нем создаются напряжения, в результате твердость и прочность возрастает, а пластичность понижается.

Если выдержка закаленных сплавов происходит при нормальной температуре, то она называется естественной. Нагрев закаленных сплавов до 100 – 300 ˚С и выдержка при этой температуре некоторое время (несколько часов), называется искусственным старением. Естественное старение длится 4-5 суток. Наибольшее применение в технике получил дуралюмин Д16.

* Высокопрочные сплавы – сплавы системы Al – Zn – Mg – Cu, например В95. Прочностные свойства приобретаются после закалки 470˚С и искусственного старения в течении 16 ч. Сплавы применяют для высоко нагруженных деталей.

Литейные сплавы. Наибольшее распространение получили силумины (Si = 13%).