Классификация алюминия

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 05.05.2024

Алюминий - это металл с серебристо-белым оттенком, обладающий небольшой температурой плавления и малой плотностью, в дикой природе его не найти в чистом виде. Категоризация алюминия определяется по количеству загрязнений в его составе, а также учитывается его чистота, предназначение и кондицию.

Алюминий представляет собой металл серебристо-белого цвета, обладающий низкой температурой плавления (+600°C) и относительно маленькой плотностью - 2,7 г/см 3. Для примера, плотность железа равна 7,8 г/см 3, а температура плавления достигает +1540°C. В свою очередь, у меди эти показатели составляют 8,94 г/см 3 и +1083°С соответственно. Свободный алюминий в окружающей среде не встречается из-за высокой количества химической реакции. Металл, получаемый путем обработки глинозема, называют первичным. Алюминий разного уровня химической чистоты используется как отдельный материал или в качестве базового элемента в алюминиевых сплавах.

Согласно ГОСТ11069-2019, первичный алюминий обозначен буквой A. Его ранжирование, осуществляемое на основе количества включений примесей, представлено так:

  • Марка с уникальной чистотой A999 включает в себя 99,999% Al.
  • А995, А99, А98, А97 и А95 обозначают алюминий с чистотой соответственно 99,995%, 99,99%, 99,98%, 99,97% и 99,95%.
  • А92 (с содержанием алюминия 99,92%), А9 (с концентрацией алюминия 99,9%), А85 (где алюминий составляет 99,85%), А8 (где доля алюминия составляет 99,8%), А7 (содержащий 99,7% Al), А6 (где алюминий составляет 99,6%), А5 (с 99,5% алюминия) и А0 (где алюминий составляет 99,0%).

Оксидная пленка наделяет алюминий великолепной устойчивостью к коррозии.2O3Формирующаяся на поверхности изделий из алюминия защитная коррозионная пленка усиливается с высокой степенью чистоты металла, что повышает его устойчивость к коррозии. Алюминий высокого качества необходим при изготовлении фольги, электропроводов и кабелей, а также других элементов, проводящих электрический ток.

Стандарт ГОСТ 4784-2019 определяет характеристики разнообразных видов технического алюминия. Эти материалы характеризуются невысокой прочностью, поэтому они находят свое применение в сферах, где необходим показатель их ключевых преимуществ: пластичности, отличной свариваемости, устойчивости к коррозии, высокой теплопроводности и электропроводности. Отсутствие значительного количества примесей, которые могут рассеивать электронный поток, в структуре технического металла позволяет успешно использовать его в производстве приборов, теплообменников, нагревательных и осветительных устройств.

Сегменты использования технического алюминия:

  • аппаратура для систем технологического трубопровода;
  • Организация пространства на палубных надстройках морских и речных кораблей;
  • Производство шин для электротехники, а также разнообразных проводящих материалов.
  • Производственный процесс баков и утвари.

Элементы, которые часто применяются для создания сплавов на алюминиевой основе, включают в себя железо, кремний, марганец, цинк и медь. Бериллий, титан, литий и цирконий же используются менее часто.

Алюминиевые сплавы классифицируются по предназначенному им области использования:

  • Обрабатываемые методами горячего и холодного деформирования, они используются для производства полуфабрикатов такими методами, как прокатка, прессование, вытяжка. Это подразумевает листы, профили, прутки и трубы.
  • Сплавы для литья используются при создании фасонного литья. Свойства таких сплавов улучшают посредством разнообразных методов термообработки.
  • САС и САП, которые производятся с использованием технологии порошковой металлургии.

Можно выделить несколько типов состояний алюминия и его сплавов, которые в маркировке обозначаются буквами из русской азбуки:

  • М - становится мягким после проведения процесса отжига.
  • Т - это после процесса закалки и старения в натуральных условиях;
  • А - облицованный;
  • Н – всё, что было отточено или обработано.
  • П - полуобработанный.

Обычно в составе литейных сплавов алюминия присутствует кремний, который повышает литейные свойства этих материалов. Благодаря совмещению низкой плотности и достаточной прочности, они позволяют производить отливку предметов сложной формы без проблем в виде трещин или других дефектов. В зависимости от их характеристик, подобные материалы условно классифицируются по следующим категориям:

  • АЛ2, АЛ9, АЛ4М являются высокогерметичными.
  • АЛ5, АЛ19, АЛ33 обладают усиленной стойкостью и высокой термоустойчивостью.

В зависимости от химического состава, литейные сплавы алюминия можно разделить на:

  • Силумины обладают высоким содержанием кремния. В наиболее часто используемом силумине под маркой АЛ2 содержание Si составляет от 10 до 13%. Этот материал отличается низкой стоимостью, хорошей устойчивостью к коррозии, однако и имеет невысокие механические характеристики. Используется в изготовлении продукции, не предполагающей подвержения высоким нагрузкам. В то же время, алюминиевые литейные сплавы марок АЛ4 и АЛ9, укрепленные добавлением магния, стали наиболее востребованными для создания деталей средней нагрузки.
  • Сплавы алюминия с содержанием меди, такие как АЛ7 и АЛ19, после прохождения термической обработки легко поддаются обработке резанием и отличаются повышенными механическими показателями при нормальной и повышенной температуре. Однако у них есть недостатки: они обладают недостаточно высокими линейными показателями, из-за чего материал подвержен значительной усадке и может образовывать горячие трещины. К тому же, такие сплавы не обладают высокой коррозионной стойкостью, поэтому изделия из них обычно подвергаются анодированию. Основное применение этих материалов – производство деталей простой формы, например, кронштейнов и различных типов арматуры.
  • Типы алюминиево-магниевых сплавов включают в себя модифицирующие элементы, такие как титан, цирконий и бериллий. Они могут быть сложными в отливке, но предлагают другие неоценимые технические характеристики. Такие сплавы легко поддаются обработке режущими инструментами, превосходят по механическим характеристикам и обладают высокой устойчивостью к коррозии. Литые детали из Al8 и Al27 часто используются в влажной среде, такой как корабли и самолеты. Варианты Al13 и Al 22 имеют до 1,5% кремния для улучшения литейных свойств. Эти материалы активно применяются в судостроении и авиационной промышленности.

Технически чистый деформируемый алюминий, который обозначается буквами АД и цифрами, свидетельствующими о степени чистоты металла, регулируется в соответствии с ГОСТ 4784-2019.

Обозначение деформируемого алюминия Количество алюминия, %
АД000 99,8
АД00 99,7
АД0 99,5
АД1 99,3
АД 99,0

Сплавы, которые могут быть деформированы и основаны на алюминии, в зависимости от их способности улучшать прочностные свойства при термической обработке, классифицируются как упрочняемые и неупрочняемые.

Дюралюмины

Дюралюмины, которые являются материалами на алюминиевой основе, укрепленные медным легированием, а также дополнительными элементами вроде магния и марганца, классифицируются как термически упрочняемые сплавы. Они обозначаются как "Д". В прошлом марка Д1 была довольно популярна, но из-за недостаточно хороших технических характеристик, её заменили на марку Д16. Один из отличительных признаков Д16 по сравнению с Д1 - более высокий уровень магния. Прочность и твердость этого сплава сопоставимы со сталью некоторых сортов, но он имеет значительный недостаток - его сопротивляемость коррозии лишь среднего уровня.

Дюралюминий, который выпускается в форме листов, обрабатывают с целью увеличения стойкости против коррозии и улучшения внешнего вида, путём плакирования – применения слоя алюминия высокой степени очистки (не менее 99,95%Al). Защитный слой имеет толщину не менее 4% от толщины листа из дюралюминия. Однако, такое плакирование имеет недостаток – снижение прочности самого материала. Кроме того, существует дополнительный метод усиления коррозионной стойкости – электрохимическое окисление (или анодирование).

Дюралюмин становится прочнее благодаря закалке и натуральному старению. Этот тип термической обработки отличается высоким уровнем коррозийной устойчивости и способностью к качественной обработке резанием. Дюралюмин хорошо поддается точечной сварке, но сварка плавлением для него неудачна из-за тенденции к образованию трещин. Его ковочные свойства могут быть оценены как удовлетворительные.

Алюминиевый сплав Д16 используется в отраслях, где необходимы надежные технические параметры: в производстве машин и судов, разработке приборов, авиационной отрасли и строительстве.

Авиационные сплавы

Авиационные сплавы, известные как авиали, включают в себя легирующие компоненты, такие как магний, кремний, марганец, хром и медь. Хотя они не могут сравниться по прочности с дюралюминием, они превосходят его по пластичности как в горячем, так и холодном состоянии. Главным элементом, уплотняющим структуру, выступает Mg.2Да. Алюминиевые сплавы АВ, АД31, АД35 относят к авиацитным.

Сплавы, используемые в авиации, укрепляются путем закалки с натуральным или искусственным старением. После проведения закалки необходимо немедленно начать процесс искусственного старения. Если между закалкой и искусственным старением пройдет слишком много времени, это может привести к ухудшению прочностных характеристик материала.

Обычными являются следующие действия после проведения работ по укреплению ТО для авиационных линий:

  • Отличная возможность обработки с помощью режущих устройств;
  • Отличные результаты при работы с точечной и аргоновой сваркой.
  • Общая коррозионная стойкость достаточно велика, однако имеется потенциальная подверженность межкристаллитной коррозии.

Материалы с повышенной прочностью (В)

Знаменитый представитель данного класса - это сплав, именуемый В95, включающий в себя следующие природные добавки и легирующие компоненты:

  • Содержание железа составляет 0,5%.
  • Содержание кремния составляет 0,5%
  • количество меди варьируется в диапазоне от 1,4 до 2,0%;
  • Присутствие марганца составляет от 0,2 до 0,6%.
  • содержание магния составляет от 1,8 до 2,8%.
  • контент хрома составляет от 0,1% до 0,25%;
  • Содержание цинка составляет от 5,0 до 7,0%.
  • содержание титана составляет 0,05%.

Увеличение уровня содержания цинка и магния способствует повышению прочностных показателей, но параллельно с этим снижает как коррозийную устойчивость, так и пластичность. Для улучшения защиты от коррозии используют добавление марганца.

Дюралюминии марки В обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений и имеют менее значительную устойчивость к коррозии при подвержении напряжению по сравнению с другими видами. За счет прессового эффекта, который обусловлен наличием в составе материала хрома и марганца, прессованные профили демонстрируют повышенную прочность относительно листов из того же сплава. Для усиления коррозийной стойкости листового металла используют технологию плакирования.

Сплав В95 легко поддается деформации при повышенной температуре и отлично обрабатывается в холодном виде после процесса отжига. Он успешно используется для точечной сварки и имеет хорошие свойства для обработки резанием. Этот материал часто используют в авиастроении для создания нагруженных конструкций, которые подвергаются продолжительной эксплуатации при высоких температурах (от +100 до +120 градусов Цельсия). Кроме того, он также применяется в строительстве для установки конструкций, способных противостоять существенным нагрузкам.

Легированные материалы для кузнечных и штамповочных работ (АК)

Материалы этого типа обладают пластичностью, что позволяет их использовать не только в кузнечных работах и штамповке, но и при создании отливок. Полуфабрикаты после ковки и штамповки часто проходят через процесс термической обработки, включающий закалку и старение. К наиболее часто применяемым ковочным брендам относятся АК6 и АК8. АК6 часто используется при создании сложных предметов, требующих умеренного уровня прочности. Марка АК8 с другой стороны широко применяется для производства особо нагруженных деталей с помощью горячей штамповки.

Сферы использования продуктов из сплавов марки АК:

  • Отличная возможность обработки с помощью режущих устройств;
  • умение объединять детали с помощью контактной и аргонодуговой сварки;
  • Имеет место склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионным повреждениям при значительных нагрузках на изделие или структуру.

Марки сплавов, такие как АМц (из алюминия и марганца) и АМг (из алюминия и магния) включаются в эту категорию. В смеси алюминиево-магниевого сплава может быть добавлен марганец для измельчения зерна и усиления структуры. Обычно эти материалы используются после отжига и последующего охлаждения в воздухе. Для укрепления структуры сплавов на основе алюминия и магния или марганца может применяться нагартовка – это процесс деформации, при котором уплотняются поверхностные слои металла. Однако, эффект нагартовки не сохраняется в зоне сварного шва.

Следующие особенности присущи этим материалам:

  • высокое сопротивление коррозии;
  • Прекрасная способность к обработке деформациями, такими как штамповка и гибка.
  • отличная способность к сварке;
  • Обработка с помощью режущих инструментов вызывает трудности.

Материалы с отметками АМц и АМг используются в сферах, где прочность не является приоритетом, но важен уровень устойчивости к коррозии. Изделия из указанных материалов производят:

  • Элементы конструкции вагонов железнодорожного транспорта;
  • Отделения внутри зданий и внутренние перегородки судов.
  • узловые элементы техники для поднятия грузов.

Методы порошковой металлургии, основанные на использовании алюминия, позволяют создавать спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС).

Алюминиевые порошки, подвергнутые спеканию

Эти материалы, по своей структуре, являются матрицей из алюминия, в которой равномерно расположены мелкодисперсные частицы оксида алюминия, способствующие укреплению металла. Главные особенности САП:

  • высокое термостойкое свойство;
  • Возможность эффективно деформироваться при высоких и низких температурах;
  • Отличная возможность обработки с помощью режущих устройств;
  • достаточно хорошая способность к сварке;
  • Отличная проводимость электричества и устойчивость к коррозии.

Производственные компании представляют четыре разновидности САП, которые различаются в зависимости от концентрации оксида алюминия – это САП-1, САП-2, САП-3, САП-4. Величина числа указывает на уровень содержания оксида: чем больше число, тем больше оксида, а следовательно, выше прочность, твердость и жаростойкость, но меньше пластичность. Такие виды САП используются при создании турбин, вентиляторов и компрессоров, а также при обмотке трансформаторов.

Алюминиевые спеченные сплавы САС

Следующие элементы включают в себя системы:

  • Алюминий-кремний и никель образуют САС-1.
  • САС-2 обозначает сплав, состоящий из алюминия, кремния и железа.

САС структура включает в себя дисперсионные элементы интерметаллидов и кремния. Эти материалы обладают высокими показателями прочности и твердости, но при этом обладают относительно низкой пластичностью. Сферы их использования включают производство различных деталей устройств, которые работают в связке со стальными элементами и конструкциями.

Алюминий низкого качества также используют в одном ключевом процессе - обезкислении стали. Во время этого процесса кислород, который негативно сказывается на механических свойствах стали, устраняется из железно-углеродного расплава.