легированный алюминий что это такое

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Легированный алюминий

Это положение справедливо по отношению к сталям, не легированным алюминием или титаном. Для сталей, содержащих алюминий или титан, применение флюсов при сварке, содержащих их окислы, полезно с точки зрения уменьшения-потерь на окисление указанных элементов. Последнее подтверждают данные рис. 50, иллюстрирующие усвоение титана j ( a) [28] металлом шва и алюминия ( б) в зависимости от содержания их окислов во флюсе. [4]

Плоский балочный указатель ( рис. 200, а) из легированного алюминия применяется в рабочих средствах измерений классов точности 2 и хуже. Относительно большая ширина данного указателя обеспечивает хорошее считывание, особенно с большого расстояния. [6]

Предварительно обработанный алюминиевый лом загружается в виде шихты в плавильную печь в расплавленный алюминий, легируется и рафинируется в конвертере. Легированный алюминий разливается в высококачественные слитки, которые готовы к последующей обработке. Завод А / О Куусакоски в г. Хейнола, производительность которого выше 30 000 т в год, является самым большим в Финляндии предприятием, использующим алюминиевый лом. [11]

Легирование молибденом повышает стойкость алюминия также к питтинговой коррозии. Об этом свидетельствует сдвиг потенциала пробоя легированного алюминия в положительную область значений более чем на 200 мВ в растворе, содержащем 1 г / л хлорид-ионов. [12]

Способ получения жаростойких покрытий в расплавах легированного алюминия, как показали проведенные исследования, представляет значительный интерес при защите от высокотемпературного окисления таких металлов новой техники, как титан и цирконий, ниобий и тантал, молибден и вольфрам. Из-за некоторых известных методических трудностей получения покрытий из расплавов на образцах малого размера подробные исследования поверхностного насыщения чистым и легированным алюминием практически отсутствуют даже для давно освоенных сплавов, нуждающихся в защите от окисления. [15]

Источник

Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, применение

Алюминий — серебристо-белый легкий парамагнитный металл. Впервые получен физиком из Дании Гансом Эрстедом в 1825 году. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 13 и символ Al, атомная масса равна 26,98.

Производство алюминия

Для производства алюминия используют бокситы — это горная порода, которая содержит гидраты оксида алюминия. Мировые запасы бокситов почти не ограничены и несоизмеримы с динамикой спроса.

Боксит дробят, измельчают и сушат. Получившуюся массу сначала нагревают паром, а затем обрабатывают щелочью — в щелочной раствор переходит большая часть оксида алюминия. После этого раствор длительно перемешивают. На этапе электролиза глинозем подвергают воздействию электрического тока силой до 400 кА. Это позволяет разрушить связь между атомами кислорода и алюминия, в результате чего остается только жидкий металл. После этого алюминий отливают в слитки или добавляют к нему различные элементы для создания алюминиевых сплавов.

Алюминиевые сплавы

Наиболее распространенные элементы в составе алюминиевых сплавов — медь, марганец, магний, цинк и кремний. Реже встречаются сплавы с титаном, бериллием, цирконием и литием.

Алюминиевые сплавы условно разделяют на две группы: литейные и деформируемые.

Для изготовления литейных сплавов расплавленный алюминий заливают в литейную форму, которая соответствует конфигурации получаемого изделия. Эти сплавы часто содержат значительные примеси кремния для улучшения литейных свойств.

Деформируемые сплавы сначала разливают в слитки, а затем придают им нужную форму.

Марки алюминиевых сплавов

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиево-магниевые сплавы

Эти пластичные сплавы обладают хорошей свариваемостью, коррозийной стойкостью и высоким уровнем усталостной прочности.

В алюминиево-магниевых сплавах содержится до 6% магния. Чем выше его содержание, тем прочнее сплав. Повышение концентрации магния на каждый процент увеличивает предел прочности примерно на 30 МПа, а предел текучести — примерно на 20 МПа. При подобных условиях уменьшается относительное удлинение, но незначительно, оставаясь в пределах 30–35%. Однако при содержании магния свыше 6% механическая структура сплава в нагартованном состоянии приобретает нестабильных характер, ухудшается коррозийная стойкость.

Для улучшения прочности в сплавы добавляют хром, марганец, титан, кремний или ванадий. Примеси меди и железа, напротив, негативно влияют на сплавы этого вида — снижают свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Это прочные и пластичные сплавы, которые обладают высоким уровнем коррозионной стойкости и хорошей свариваемостью.

Для получения мелкозернистой структуры сплавы этого вида легируют титаном, а для сохранения стабильности в нагартованном состоянии добавляют марганец. Основные примеси в сплавах вида Al-Mn — железо и кремний.

Сплавы алюминий-медь-кремний

Сплавы этого вида также называют алькусинами. Из-за высоких технических свойств их используют во втулочных подшипниках, а также при изготовлении блоков цилиндров. Обладают высокой твердостью поверхности, поэтому плохо прирабатываются.

Алюминиево-медные сплавы

Механические свойства сплавов этого вида в термоупрочненном состоянии порой превышают даже механические свойства некоторых низкоуглеродистых сталей. Их главный недостаток — невысокая коррозионная стойкость, потому эти сплавы обрабатывают поверхностными защитными покрытиями.

Алюминиево-медные сплавы легируют марганцем, кремнием, железом и магнием. Последний оказывает наибольшее влияние на свойства сплава: легирование магнием значительно повышает предел текучести и прочности. Добавление железа и никеля в сплав повышает его жаропрочность, кремния — способность к искусственному старению.

Алюминий-кремниевые сплавы

Сплавы этого вида иначе называют силуминами. Некоторые из них модифицируют добавками натрия или лития: наличие буквально 0,05% лития или 0,1% натрия увеличивает содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12% до 14%. Сплавы применяются для декоративного литья, изготовления корпусов механизмов и элементов бытовых приборов, поскольку обладают хорошими литейными свойствами.

Сплавы алюминий-цинк-магний

Прочные и хорошо обрабатываемые. Типичный пример высокопрочного сплава этого вида — В95. Подобная прочность объясняется высокой растворимостью цинка и магния при температуре плавления до 70% и до 17,4% соответственно. При охлаждении растворимость элементов заметно снижается.

Основной недостаток этих сплавов — низкую коррозионную стойкость во время механического напряжения — исправляет легирование медью.

Авиаль

Авиаль — группа сплавов системы алюминий-магний-кремний с незначительными добавлениями иных элементов (Mn, Cr, Cu). Название образовано от сокращения словосочетания «авиационный алюминий».

Применять авиаль стали после открытия Д. Хансоном и М. Гейлером эффекта искусственного состаривания и термического упрочнения этой группы сплавов за счет выделения Mg2Si.

Эти сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из авиаля изготавливают кованые и штампованные детали сложной формы. Например, лонжероны лопастей винтов вертолетов. Для повышения коррозионной стойкости содержание меди иногда снижают до 0,1%.

Также сплав активно используют для замены нержавеющей стали в корпусах мобильных телефонов.

Физические свойства

Химический состав алюминиевых сплавов

Применение алюминия

Ювелирные изделия

В далеком прошлом из-за высокой стоимости алюминия его использовали для изготовления ювелирных изделий. Так, весы с алюминиевыми и золотыми чашами были подарены Д. И. Менделееву в 1889 г.

Когда себестоимость алюминия снизилась, мода на ювелирные изделия из этого металла прошла. Но и в наши дни его используют для изготовления бижутерии. В Японии, например, алюминием заменяют серебро при производстве национальных украшений.

Столовые приборы

По-прежнему пользуются популярностью столовые приборы и посуда из алюминия. В частности, в армии широко распространены алюминиевые фляжки, котелки и ложки.

Стекловарение

Алюминий широко применяют в стекловарении. Высокий коэффициент отражения и низкая стоимость вакуумного напыления — основные причины использования алюминия при изготовления зеркал.

Пищевая промышленность

Алюминий зарегистрирован как пищевая добавка Е173. Ее используют в качестве пищевого красителя, а также для сохранения продуктов от плесени. Е173 окрашивает кондитерские изделия в серебристый цвет.

Военная промышленность

Ракетная техника

Алюминий и его соединения используют в качестве ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах.

Алюмоэнергетика

В алюмоэнергетике алюминий используют для производства водорода и тепловой энергии, а также выработки электроэнергии в воздушно-алюминиевых электрохимических генераторах.

Источник

Зачем легируют алюминий?

14.10.2018

Алюминий и сталь относятся к числу наиболее распространенных металлических соединений. Но, лишь в конце XIX века алюминий смог на равных конкурировать со сталью в различных сферах промышленности. Революционная технология электролитического восстановления оксида алюминия (Al₂O₃), растворенного в расплавленном криолите, была открыта в 1886 году американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. Это событие совпало с тремя знаковыми инновациями в технике – появлением транспортных средств на двигателях внутреннего сгорания, массовой электрификацией и началом самолетостроения. Поэтому ценность легкого и обладающего уникальными технико-эксплуатационными качествами металла резко возросла. С другой стороны, чистый алюминий обладает невысокой прочностью, что ограничивает его применение в качестве конструкционного материала – для улучшения данной характеристики в алюминий добавляют другие химические элементы.

Какими элементами легируют алюминий?

Легирование – это добавление в состав материала примесей для изменения (улучшения) физических свойств. Алюминий можно легировать большинством металлических элементов. Однако, только некоторые из них имеют достаточную растворимость в твердом состоянии, чтобы быть основными легирующими элементами. Наиболее важными легирующими элементами алюминия являются:

Вместе с тем, значительное число других элементов оказывают заметный эффект на улучшение свойств алюминиевых сплавов. Их добавляют в небольших количествах. Эти элементы включают хром, тот же марганец и цирконий, которые применяют в основном для контроля зернёной структуры.

Максимальная растворимость легирующих элементов в алюминии обычно, но не всегда, достигается при эвтектической температуре. Растворимость легирующих элементов в твердом алюминии снижается со снижением температуры. Это изменение растворимости в твердом алюминии является основой для упрочнения алюминиевых сплавов за счет механизма старения.

Категории алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы разделяют на две основные категории:

В каждой из этих категорий дальнейшее разделение основано на главном механизме, который отвечает за формирование их свойств – термически упрочняемые сплавы и термически неупрочняемые сплавы. Сплавы последней группы получают свои конечные свойства в результате деформационной обработки – нагартовки. Поэтому иногда их называют более позитивно — деформационно-упрочняемые или даже «нагартовываемые».

Источник

Марки алюминия и их применение

Термины и определения

Марки алюминия

Нелегированный алюминий – это алюминий без легирующих элементов при содержании алюминия не менее 99,00%, остальное – примеси. Примесь – металлический или неметаллический элемент, присутствующий в металле, минимальное содержание которого не контролируется.

Рафинированный алюминий – нелегированный алюминий высокой чистоты (содержание алюминия не менее 99,950%), который получают в результате специальных металлургических обработок.

Первичный алюминий – нелегированный алюминий:

Нелегированный алюминий подразделяется на марки в зависимости от содержания в нем примесей.

Русскому термину “марка” соответствует английский термин “grade” [1].

Алюминиевые сплавы

Алюминиевый сплав – это алюминий:

Легирующий элемент – это металлический или неметаллический элемент, содержание которого контролируется в заданном интервале, чтобы обеспечивать сплаву заданные специфические свойства. Обычно легирующие элементы преднамеренно добавляют в расплав алюминия.

Легированный алюминий подразделяется на сплавы.

Каждый алюминиевый сплав имеет свое обозначение, например, сплав АД31 или сплав 2020. Это обозначение сплава однозначно определяет его химический состав, в том числе, интервалы содержания легирующих элементов и допуски на максимальное содержание примесей. Необходимо отметить, что иногда, в том числе, в стандартах, применяется выражение “марка сплава”. Однако, чем отличается смысл выражений “марка сплава” и “сплав” совершенно не понятно.

Русскому термину “сплав” соответствует английский термин “alloy” [1].

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:

К нетермоупрочняемым алюминиевым сплавам относятся следующие:

Классификация марок алюминия

Среди марок алюминия различают по способу выплавки и назначению:

Марки первичного алюминия

Первичный алюминий подразделяются на:

Марки первичного алюминия применяют, главным образом, для переплавки при изготовлении алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных. При этом для сплавов общего назначения применяются марки алюминия технической чистоты. Для изготовления специальных сплавов применяют марки алюминия высокой чистоты, например, для авиации и космонавтики. Кроме того, марки высокой чистоты и особо высокой чистоты применяют в различных высокотехничных технологиях, например, при производстве полупроводников.

Марки деформируемого алюминия

Основные марки деформируемого алюминия имеют чистоту от 99,00 до 99,85%. Они предназначены для изготовления продукции методом горячей и холодной обработки металлов давлением, то есть – прокаткой, экструзией, волочением, штамповкой и т. п.

Марки литейного алюминия

Марки литейного алюминия имеют очень ограниченное применение, в основном для изготовления литых роторов электрических двигателей. Они имеют чистоту от 99,00 до 99,70 %.

Виды алюминиевых сплавов

Сегодня очень развито производство алюминиевых сплавов. Существует два типа алюминиевых сплавов:

Первичный алюминий

Марки алюминия в ГОСТ 11069

Главным показателем чистоты первичного алюминия является содержание железа и кремния (таблица 1):

Особо чистый алюминий получают путем применения сложных методов очистки, например, зонной очистки. Он имеет чистоту не менее 99,999% (общее содержание всех примесей не превышает 0,001%).

Таблица 1 – Химический состав марок первичного алюминия по ГОСТ 11069

Для первичного алюминия, который применяется для производства сплавов, кроме общего содержания примесей важную роль часто играет также соотношение содержания железа и кремния. Это соотношение примесей влияет, в частности, на склонность к горячему растрескиванию первичного алюминия, а также марок и сплавов, изготовленных на его основе. Отношение содержания железа и кремния зависит от исходного сырья и технологии производства первичного алюминия.

Два способа способа обозначения первичного алюминия

Известно, что все производство первичного алюминия основано на процессе Холла-Эру. Главными примесями выплавленного первичного алюминия являются железо и кремний. Кроме того, в первичном алюминии обычно присутствуют второстепенные примеси, такие как, цинк, галлий, титан и ванадий. Обычно в международной практике главным критерием, который характеризует химический состав и ценность первичного алюминия, является минимальное содержание в нем чистого алюминия. Однако в Соединенных Штатах более важным критерием, который отражает ценность первичного алюминия, считается содержание в нем железа и кремния. Этот подход установила американская Алюминиевая Ассоциация.

Поэтому марки нелегированного алюминия могут обозначаться двумя способами:

За буквой Р следуют цифры, которые указывают на максимальное содержание кремния и железа, например:

Марки алюминия в EN 576 и ISO 115

Эти два различных подхода к оценке свойств первичного алюминия отражены в европейском стандарте EN 576:2004. Этот стандарт устанавливает требования к химическому составу различных марок первичного алюминия как в соответствии с международным подходом, так и – с американским подходом. Положения стандарта EN 576 в целом совпадают с положениями аналогичного международного стандарта ISO 115:2003.

Таблица 2 отражает международный подход, таблица 3 – подход американской Алюминиевой Ассоциации.

Таблица 2 – Нелегированный алюминий с установленным минимальным содержанием алюминия – Химический состав: максимальное содержание в процентах по массе

Таблица 3– Нелегированный алюминий без установленного минимального содержания алюминия – Химический состав: максимальное содержание в процентах по массе

Обозначение марок алюминия в таблице 2 имеет “американский” вид: состоит из четырех цифр, перед которыми стоит буква Р, а после них – буква, обозначающая серию, например, Р1020А:

Вариации базовых марок алюминия, то есть имеющие такие же пределы содержания для кремния и железа, но различные пределы содержания для других элементов, обозначаются путем замены буквы А на другую букву, начиная с В, но кроме I, О и Q.

Марки алюминия на LME

Металл с более низким содержанием алюминия, например, 99,50%, считается продукцией более низкого качества и обычно продается со скидкой. Этот металл может быть переплавлен и смешан на литейном производстве с более высокосортным металлом, чтобы получить слитки, которые соответствуют требованиям LME или готовую литейную продукцию. Основными примесями при получении более высокосортного металла являются железо и кремний. Повышение содержания алюминия выше 99,70% означает в основном пропорциональное снижение содержания железа и кремния, тогда как содержание других примесей остается практически неизменным [3].

Деформируемый алюминий

Марки алюминия в ГОСТ 4784

ГОСТ 4784-97 включает алюминий, которые применяется при изготовлении продукции методами обработки металлов давлением. Здесь цифры говорят мало полезного:

Модификации с буквой Е (электротехнические) содержат пониженное содержание кремния для улучшения электрической проводимости. В отличие от ГОСТ 11069 стандарт ГОСТ 4784 не исключает и вторичный алюминий, то есть алюминий, полученный из лома.

Таблица 4 – Марки деформируемого алюминия по ГОСТ 4784-97

Марки алюминия в EN 573-3

Таблица 5 – Марки деформируемого алюминия по EN 573-3

Литейный алюминий

Литейные марки алюминия относятся к серии 1хх литейных сплавов по международной классификации алюминия и его сплавов. Хотя часто их называют сплавами (alloys), нет оснований относить их полноправным сплавам: они содержат не менее 99,00 % алюминия и формально не имеют легирующих элементов, однако, в отличие от марок первичного алюминия в них контролируют отношение содержания железа и кремния.

Эти марки-сплавы литейной серии 1хх применяются для отливки роторов электрических двигателей (таблица 6). Роторы обычно отливаются на машинах литья под высоким давлением, которые специально разработаны для этой цели. Типичный алюминиевый ротор показан на рисунке 1. Эти марки литейного алюминия серии 1хх применяются также в некоторых других случаях, которые не требуют сложных форм отливок.

Таблица 6 – “Роторные” марки литейного алюминия [4]

Рисунок 1 – Типичный алюминиевый ротор электрического двигателя [4]

В этих роторные “сплавах” установлены не только пределы чистоты алюминия, но и также отношение содержания железа и кремния. Это обеспечивает образование интерметаллических частиц, которые в меньшей степени, чем другие отрицательно влияют на литейные свойства этих “сплавов”, а также на их электрическую проводимость.

Поскольку нелегированный алюминий стоит дешевле, чем роторные сплавы, были попытки заменить их на марки первичного алюминия при изготовлении роторов. Например, слитки первичного алюминия Р1020 имеют ту же чистоту, как и “сплав” 170.2, но без контроля соотношения содержания железа и кремния, а также неконтролируемое содержание титана и ванадия. Опыт показал, что игнорирование этих различий ведет к разбросу характеристик электрической проводимости и низким литейным свойствам алюминия при отливке роторов [5].

Микроструктура нелегированного алюминия

Железо и кремний

Поскольку железо и кремний являются основными и обязательными примесными элементами, а также поскольку растворимость железа в твердом алюминии очень мала, то в микроструктуре всех марок алюминия – кроме рафинированного, особо чистого алюминия – видны фазы алюминий-железо и алюминий-железо-кремний. В литом равновесном состоянии в нелегированном алюминии могут присутствовать следующие фазы: FeAl3, Fe3SiAl12, Fe2Si2Al9.

Второстепенные примеси

Второстепенные примеси, например, медь и марганец, находятся в слишком малом количестве, чтобы образовывать собственные фазы, но могут участвовать в образовании других фаз. Чтобы их обнаружить требуется высокое разрешение микроскопа и сложные методики идентификации фаз [2].

Применение нелегированого алюминия

Марки рафинированного алюминия

Рафинированным алюминием называют алюминий с чистотой от 99,99 % до 99,9999 %. За рубежом чистоту такого алюминия часто обозначают “4N to 6N” – по количеству девяток (Nine). Его получают специальными методами из первичного алюминия. Марки рафинированного алюминия находят применение в следующих областях:

Марки алюминия технической чистоты

Алюминиевые сплавы

Алюминий имеет колоссальное значение в промышленности вследствие повышенной пластичности, высокого уровня тепло- и электропроводности, низкой коррозии, поскольку образующаяся на поверхности пленка Al2O3 выступает защитником от окисления. Из алюминия получается отличный тонкий прокат, фольга, любой формы профиль при помощи прессования и других видов обработки давления. Из него создают разного типа провода, применяемые в электроаппаратуре. Алюминий, как и железо очень редко применяется в чистом виде. Чтобы придать им заданные полезные качества на производстве добавляют небольшие количества (не больше 1 %) иных элементов, называемых легирующими. Таким образом получают сплавы железа, алюминия и других металлов.

Алюминий для раскисления стали

Марки алюминия в ГОСТ 295

Алюминий, который применяют для раскисления стали, а также производства ферросплавов и порошков для алюминотермии также подразделяется на марки. Требования к этим маркам алюминия устанавливает ГОСТ 295-98. Этот алюминий изготавливают как из первичного сырья, так и из лома и отходов алюминиевых сплавов. Производится в чушках и гранулах. Для этих марок алюминия характерно очень большое содержание примесей – в общем количестве до 13 %.

Таблица 7 – Марки алюминия для раскисления, производства ферросплавов и алюмотермии

Особенности производства

Весь цикл производства алюминиевых листов включает в себя несколько стадий: термическая деформация, холодное волочение или прокатка.

Определенные габариты и форму листа получить несложно, потому что алюминиевые сплавы, как уже было сказано выше, являются очень пластичными. В конечной продукции не должно быть никаких трещин, пузырьков, разрывов и следов коррозии.

Также алюминий листовой классифицируется на следующие типы:

Листы из алюминия — очень востребованный материал, что обусловлено общедоступностью и прекрасным эксплуатационным свойствам.

Источник