Алуминият е най-разпространеният метал в света и е третият най-често срещан елемент, съставляващ 8% от земната кора.Универсалността на алуминия го прави най-широко използваният метал след стоманата.
Производство на алуминий
Алуминият се извлича от минерала боксит.Бокситът се превръща в алуминиев оксид (алуминиев оксид) чрез процеса на Байер.След това двуалуминиевият оксид се превръща в метален алуминий с помощта на електролитни клетки и процеса на Hall-Heroult.
Годишно търсене на алуминий
Световното търсене на алуминий е около 29 милиона тона годишно.Около 22 милиона тона са нов алуминий и 7 милиона тона са рециклиран алуминиев скрап.Използването на рециклиран алуминий е икономически и екологично привлекателно.За производството на 1 тон нов алуминий са необходими 14 000 kWh.Обратно, необходими са само 5% от това за претопяване и рециклиране на един тон алуминий.Няма разлика в качеството между първичните и рециклираните алуминиеви сплави.
Приложения на алуминий
Чистоалуминийе мек, пластичен, устойчив на корозия и има висока електропроводимост.Той се използва широко за кабели от фолио и проводници, но е необходимо сплавяне с други елементи, за да се осигурят по-високи якости, необходими за други приложения.Алуминият е един от най-леките инженерни метали, като съотношението якост към тегло е по-добро от стоманата.
Чрез използване на различни комбинации от своите благоприятни свойства като здравина, лекота, устойчивост на корозия, възможност за рециклиране и формоване, алуминият се използва във все по-голям брой приложения.Тази гама от продукти варира от структурни материали до тънки опаковъчни фолиа.
Обозначения на сплави
Алуминият най-често се легира с мед, цинк, магнезий, силиций, манган и литий.Правят се и малки добавки от хром, титан, цирконий, олово, бисмут и никел, а желязото неизменно присъства в малки количества.
Има над 300 ковани сплави, като 50 се използват често.Те обикновено се идентифицират с четирицифрена система, която произхожда от САЩ и сега е общоприета.Таблица 1 описва системата за ковани сплави.Летите сплави имат подобни обозначения и използват петцифрена система.
Маса 1.Обозначения за ковани алуминиеви сплави.
Легиращ елемент | Ковано |
---|---|
Няма (99%+ алуминий) | 1XXX |
Мед | 2XXX |
Манган | 3XXX |
Силиций | 4XXX |
Магнезий | 5XXX |
Магнезий + Силиций | 6XXX |
Цинк | 7XXX |
литий | 8XXX |
За нелегирани деформирани алуминиеви сплави, означени с 1XXX, последните две цифри представляват чистотата на метала.Те са еквивалентни на последните две цифри след десетичната запетая, когато чистотата на алуминия е изразена до най-близките 0,01 процента.Втората цифра показва промени в границите на примесите.Ако втората цифра е нула, това показва нелегиран алуминий с естествени граници на примеси, а от 1 до 9 показват отделни примеси или легиращи елементи.
За групите от 2XXX до 8XXX, последните две цифри идентифицират различни алуминиеви сплави в групата.Втората цифра показва модификации на сплавта.Втората цифра нула показва оригиналната сплав, а числата от 1 до 9 показват последователни модификации на сплавта.
Физични свойства на алуминия
Плътност на алуминия
Алуминият има плътност около една трета от тази на стоманата или медта, което го прави един от най-леките налични в търговската мрежа метали.Полученото високо съотношение на якост към тегло го прави важен конструктивен материал, позволяващ увеличени полезни товари или спестяване на гориво, по-специално за транспортните индустрии.
Якост на алуминия
Чистият алуминий няма висока якост на опън.Въпреки това, добавянето на легиращи елементи като манган, силиций, мед и магнезий може да увеличи якостните свойства на алуминия и да произведе сплав със свойства, пригодени за конкретни приложения.
Алуминийе много подходящ за студена среда.Той има предимство пред стоманата, тъй като неговата якост на опън се увеличава с понижаване на температурата, като същевременно запазва своята здравина.Стоманата от друга страна става крехка при ниски температури.
Корозионна устойчивост на алуминий
Когато е изложен на въздух, слой от алуминиев оксид се образува почти мигновено върху повърхността на алуминия.Този слой има отлична устойчивост на корозия.Той е доста устойчив на повечето киселини, но по-малко устойчив на основи.
Топлопроводимост на алуминия
Топлопроводимостта на алуминия е около три пъти по-голяма от тази на стоманата.Това прави алуминия важен материал както за приложения за охлаждане, така и за отопление, като например топлообменници.В комбинация с това, че е нетоксичен, това свойство означава, че алуминият се използва широко в съдове за готвене и кухненски съдове.
Електрическа проводимост на алуминия
Заедно с медта, алуминият има достатъчно висока електропроводимост, за да се използва като електрически проводник.Въпреки че проводимостта на често използваната проводяща сплав (1350) е само около 62% от загрята мед, тя е само една трета от теглото и следователно може да провежда два пъти повече електричество в сравнение с медта със същото тегло.
Отражателна способност на алуминия
От UV до инфрачервено, алуминият е отличен отражател на лъчиста енергия.Коефициентът на отразяване на видимата светлина от около 80% означава, че се използва широко в осветителните тела.Същите свойства на отражателната способност правиалуминийидеален като изолационен материал за защита от слънчевите лъчи през лятото, докато изолира срещу загуба на топлина през зимата.
Таблица 2.Свойства за алуминий.
Имот | Стойност |
---|---|
Атомно число | 13 |
Атомно тегло (g/mol) | 26,98 |
Валентност | 3 |
Кристална структура | FCC |
Точка на топене (°C) | 660.2 |
Точка на кипене (°C) | 2480 |
Средна специфична топлина (0-100°C) (cal/g.°C) | 0,219 |
Топлопроводимост (0-100°C) (cal/cms. °C) | 0,57 |
Коефициент на линейно разширение (0-100°C) (x10-6/°C) | 23.5 |
Електрическо съпротивление при 20°C (Ω.cm) | 2,69 |
Плътност (g/cm3) | 2,6898 |
Модул на еластичност (GPa) | 68.3 |
Коефициент на Поасон | 0,34 |
Механични свойства на алуминия
Алуминият може да бъде силно деформиран без повреда.Това позволява алуминият да бъде формован чрез валцуване, екструдиране, изтегляне, машинна обработка и други механични процеси.Може също така да се отлива с висока толерантност.
Легирането, студената обработка и топлинната обработка могат да се използват за приспособяване на свойствата на алуминия.
Якостта на опън на чистия алуминий е около 90 MPa, но това може да се увеличи до над 690 MPa за някои термично обработваеми сплави.
Алуминиеви стандарти
Старият стандарт BS1470 е заменен от девет стандарта EN.EN стандартите са дадени в таблица 4.
Таблица 4.EN стандарти за алуминий
Стандартен | Обхват |
---|---|
EN485-1 | Технически условия за преглед и доставка |
EN485-2 | Механични свойства |
EN485-3 | Допустими отклонения за горещо валцуван материал |
EN485-4 | Допустими отклонения за студено валцуван материал |
EN515 | Температурни обозначения |
EN573-1 | Система за цифрово обозначаване на сплавта |
EN573-2 | Система за обозначаване на химически символи |
EN573-3 | Химични състави |
EN573-4 | Продуктови форми в различни сплави |
Стандартите EN се различават от стария стандарт BS1470 в следните области:
- Химичен състав – непроменен.
- Система за номериране на сплавта – непроменена.
- Обозначенията за закаляване на термично обработваеми сплави сега покриват по-широк диапазон от специални закалки.До четири цифри след T са въведени за нестандартни приложения (напр. T6151).
- Обозначения за закаляване за сплави, които не подлежат на термична обработка – съществуващите закалки са непроменени, но закалките вече са по-изчерпателно дефинирани по отношение на начина, по който са създадени.Меката (O) закалка вече е H111 и е въведена междинна закалка H112.За сплав 5251 температурите вече се показват като H32/H34/H36/H38 (еквивалентно на H22/H24 и т.н.).H19/H22 & H24 вече се показват отделно.
- Механични свойства – остават подобни на предишните фигури.0,2% Proof Stress вече трябва да се цитира в сертификатите за изпитване.
- Допустимите отклонения са затегнати в различна степен.
Термична обработка на алуминий
Редица термични обработки могат да бъдат приложени към алуминиеви сплави:
- Хомогенизиране – премахване на сегрегацията чрез нагряване след отливане.
- Отгряване – използва се след студена обработка за омекотяване на втвърдяващи се сплави (1XXX, 3XXX и 5XXX).
- Втвърдяване чрез утаяване или стареене (сплави 2XXX, 6XXX и 7XXX).
- Термична обработка на разтвора преди стареене на сплави за утаяване.
- Печка за втвърдяване на покрития
- След термична обработка към номерата на обозначенията се добавя суфикс.
- Наставката F означава „като произведено“.
- O означава „закалени ковани продукти“.
- T означава, че е бил „топлинно обработен“.
- W означава, че материалът е термично обработен с разтвор.
- H се отнася до сплави, които не подлежат на термична обработка, които са „студено обработени“ или „закалени на деформация“.
- Сплавите, които не подлежат на термична обработка, са тези в групите 3XXX, 4XXX и 5XXX.
Време на публикуване: 16 юни 2021 г