Алюміній — найпоширеніший метал у світі та третій за поширеністю елемент, що становить 8% земної кори. Універсальність алюмінію робить його найширше використовуваним металом після сталі.

Виробництво алюмінію

Алюміній отримують з мінералу бокситів. Боксит перетворюють на оксид алюмінію (глинозем) за допомогою процесу Байєра. Потім глинозем перетворюють на металевий алюміній за допомогою електролітичних комірок та процесу Холла-Ерульта.

Річний попит на алюміній

Світовий попит на алюміній становить близько 29 мільйонів тонн на рік. Близько 22 мільйонів тонн – це новий алюміній, а 7 мільйонів тонн – перероблений алюмінієвий брухт. Використання переробленого алюмінію є економічно та екологічно вигідним. Для виробництва 1 тонни нового алюмінію потрібно 14 000 кВт⋅год. І навпаки, для переплавлення та переробки однієї тонни алюмінію потрібно лише 5% від цієї кількості. Немає різниці в якості між первинними та переробленими алюмінієвими сплавами.

Застосування алюмінію

ЧистийалюмінійАлюміній м'який, пластичний, стійкий до корозії та має високу електропровідність. Він широко використовується для фольгованих та провідних кабелів, але для забезпечення вищої міцності, необхідної для інших застосувань, необхідне легування з іншими елементами. Алюміній є одним з найлегших інженерних металів, що має співвідношення міцності до ваги, що перевершує сталь.

Завдяки використанню різних комбінацій своїх вигідних властивостей, таких як міцність, легкість, стійкість до корозії, перероблюваність та формуваність, алюміній використовується у все більшій кількості застосувань. Цей асортимент продукції варіюється від конструкційних матеріалів до тонких пакувальних плівок.

Позначення сплавів

Алюміній найчастіше легують міддю, цинком, магнієм, кремнієм, марганцем та літієм. Також додають невеликі кількості хрому, титану, цирконію, свинцю, вісмуту та нікелю, а залізо незмінно присутнє в невеликих кількостях.

Існує понад 300 кованих сплавів, з яких 50 є загальновживаними. Зазвичай їх ідентифікують за чотиризначною системою, яка виникла в США та зараз є загальноприйнятою. У таблиці 1 описано систему для кованих сплавів. Литі сплави мають подібні позначення та використовують п'ятизначну систему.

Таблиця 1.Позначення для деформованих алюмінієвих сплавів.

Для нелегованих деформованих алюмінієвих сплавів, позначених 1XXX, останні дві цифри позначають чистоту металу. Вони еквівалентні двом останнім цифрам після коми, коли чистота алюмінію виражається з точністю до 0,01 відсотка. Друга цифра вказує на зміни в межах домішок. Якщо друга цифра дорівнює нулю, це вказує на нелегований алюміній з природними межами домішок, а цифри від 1 до 9 вказують на окремі домішки або легуючі елементи.

Для груп від 2XXX до 8XXX останні дві цифри визначають різні алюмінієві сплави в групі. Друга цифра вказує на модифікації сплаву. Друга цифра, що дорівнює нулю, вказує на вихідний сплав, а цілі числа від 1 до 9 вказують на послідовні модифікації сплаву.

Фізичні властивості алюмінію

Густина алюмінію

Алюміній має щільність приблизно втричі меншу, ніж сталь або мідь, що робить його одним із найлегших комерційно доступних металів. Отримане високе співвідношення міцності до ваги робить його важливим конструкційним матеріалом, що дозволяє збільшити корисне навантаження або заощадити паливо, зокрема, у транспортній галузі.

Міцність алюмінію

Чистий алюміній не має високої міцності на розрив. Однак додавання легуючих елементів, таких як марганець, кремній, мідь та магній, може підвищити міцність алюмінію та створити сплав із властивостями, що відповідають конкретним вимогам.

Алюмінійдобре підходить для холодних середовищ. Він має перевагу над сталлю в тому, що його міцність на розтяг збільшується зі зниженням температури, зберігаючи при цьому свою в'язкість. Сталь, з іншого боку, стає крихкою за низьких температур.

Корозійна стійкість алюмінію

Під впливом повітря на поверхні алюмінію майже миттєво утворюється шар оксиду алюмінію. Цей шар має чудову стійкість до корозії. Він досить стійкий до більшості кислот, але менш стійкий до лугів.

Теплопровідність алюмінію

Теплопровідність алюмінію приблизно втричі вища, ніж у сталі. Це робить алюміній важливим матеріалом як для охолодження, так і для нагрівання, наприклад, для теплообмінників. У поєднанні з нетоксичністю, ця властивість означає, що алюміній широко використовується у кухонному посуді та посуді.

Електропровідність алюмінію

Поряд з міддю, алюміній має достатньо високу електропровідність для використання як електричний провідник. Хоча провідність зазвичай використовуваного провідного сплаву (1350) становить лише близько 62% від провідності відпаленої міді, він має лише третину меншу вагу і тому може проводити вдвічі більше електрики порівняно з міддю такої ж ваги.

Відбивна здатність алюмінію

Від ультрафіолетового до інфрачервоного випромінювання, алюміній чудово відбиває променисту енергію. Коефіцієнт відбиття видимого світла близько 80% означає, що він широко використовується у світильниках. Ті ж властивості відбиття роблятьалюмінійідеальний як ізоляційний матеріал для захисту від сонячних променів влітку, а також для ізоляції від втрат тепла взимку.

Таблиця 2.Властивості алюмінію.

Механічні властивості алюмінію

Алюміній може бути сильно деформований без руйнування. Це дозволяє формувати алюміній прокаткою, екструдуванням, волочінням, механічною обробкою та іншими механічними процесами. Його також можна лити з високим допуском.

Легування, холодна обробка та термічна обробка – все це може бути використано для зміни властивостей алюмінію.

Міцність на розрив чистого алюмінію становить близько 90 МПа, але для деяких сплавів, що піддаються термічній обробці, її можна збільшити до понад 690 МПа.

Алюмінієві стандарти

Старий стандарт BS1470 було замінено дев'ятьма стандартами EN. Стандарти EN наведено в таблиці 4.

Таблиця 4.Стандарти EN для алюмінію

Стандарти EN відрізняються від старого стандарту BS1470 у таких областях:

• Хімічний склад – незмінний.
• Система нумерації сплавів – без змін.
• Позначення стану для термічно оброблюваних сплавів тепер охоплюють ширший діапазон спеціальних станів. Для нестандартних застосувань було введено до чотирьох цифр після T (наприклад, T6151).
• Позначення відпусків для сплавів, що не піддаються термічній обробці – існуючі відпуски залишилися незмінними, але відпуски тепер більш повно визначені з точки зору того, як вони створюються. М'який (O) відпуск тепер позначено як H111, а також було введено проміжний відпуск H112. Для сплаву 5251 відпуски тепер позначаються як H32/H34/H36/H38 (еквівалентно H22/H24 тощо). H19/H22 та H24 тепер позначаються окремо.
• Механічні властивості – залишаються аналогічними попереднім показникам. Тепер у сертифікатах випробувань необхідно вказувати граничну межу плинності 0,2%.
• Допуски були посилені до різного ступеня.
  

  Термічна обробка алюмінію

  Алюмінієві сплави можна обробляти різними способами:

  • Гомогенізація – видалення сегрегації шляхом нагрівання після лиття.
  • Відпал – використовується після холодної обробки для пом'якшення зміцнювальних сплавів (1XXX, 3XXX та 5XXX).
  • Зміцнення внаслідок осадження або старіння (сплави 2XXX, 6XXX та 7XXX).
  • Термічна обробка на розчин перед старінням дисперсійно-твердіючих сплавів.
  • Випікання для затвердіння покриттів
  • Після термічної обробки до номерів позначень додається суфікс.
  • Суфікс F означає «як виготовлено».
  • O означає «відпалені ковані вироби».
  • Т означає, що воно було «термічно оброблене».
  • W означає, що матеріал пройшов термічну обробку на розчин.
  • H стосується сплавів, які не піддаються термічній обробці та які «холоднооброблені» або «деформаційно зміцнені».
  • Нетермічно необроблювані сплави належать до груп 3XXX, 4XXX та 5XXX.