Как на основе диаграммы состояния классифицируют алюминиевые сплавы?

Алюминий и его сплавы

Процесс получения алюминия. Строение и свойства алюминия и сплавов на его основе. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов, области применения.

Что является исходным сырьем для получения алюминия?

     Исходным сырьем для получения алюминия служит боксит. Боксит наполовину или больше состоит из окиси алюминия (глинозема), связанной с водой. Кроме того, он содержит примеси, главным образом кремнезем, а также окислы железа и титана.

Опишите процесс получения алюминия?

На глиноземном заводе из боксита сначала химическим путем выделяют примеси, а затем в больших печах для обжига удаляют воду. Обожженный глинозем в виде сухого белого порошка (почти чистой окиси алюминия Al₂O₃) поступает в дальнейшую переработку на алюминиевый завод. Здесь его вместе с криолитом (Na₃AlF₆) нагревают до 900-1000º C и расплавленную смесь подвергают электролизу. В результате электролиза выделяется металлический алюминий. Чтобы получить тонну алюминия, требуется затратить 13000-14000 кВт·ч электроэнергии, стоимость которой составляет значительную долю себестоимости алюминия. Первичный алюминий, получаемый в электролизерах, имеет чистоту 99,3-99,9%. Основными примесями в нем является кремний и железо, в меньших количествах содержатся также титан, медь и цинк. Путем повторного электролиза в расплаве получают алюминий высокой чистоты (99,99% и выше).

Охарактеризуйте свойства алюминия.

Алюминий представляет собой блестящий серебристо-белый металл с плотностью 2,7 г/см ² и точкой плавления 660º C, который хорошо проводит тепло и электрический ток. Его кристаллическая структура может быть представлена как трехмерное сочетание кубических гранецентрированных элементарных ячеек. Замечательная особенность алюминия состоит в том, что на воздухе его поверхность быстро покрывается тонкой, но очень плотной, прочной и твердой пленкой окиси, чем и объясняется его высокая коррозионная стойкость. Эту оксидную пленку можно еще усилить химическими и электролитическими методами. Однако в щелочах алюминий корродирует с большой скоростью, а в морской воде, кроме этого, подвержен коррозионному растрескиванию.

Алюминий легко обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, но плохо обрабатывается резанием. Из других свойств алюминия следует отметить его высокую отражательную способность, в связи с чем, он используется для прожекторов, рефлекторов и т.п.

Технический алюминий изготавливают в виде листов, профилей, прутков, проволоки и других полуфабрикатов и маркируют АД 0 и АД 1Прочностные свойства прокатанного и отожженного до мягкого состояния алюминия характеризуются следующими величинами: предел текучести 20-30 Н/мм ², предел прочности на разрыв 70-100 Н/мм ², твердость по Бринеллю 150-250 Н/мм ², удлинение при разрыве 30-50% и сужение 80-95%.

Назовите области применения технического алюминия.

Технический алюминий (АД и АД 1) ввиду низкой прочности применяют для изготовления элементов конструкции и деталей, не несущих нагрузки, когда требуется высокая пластичность, хорошая свариваемость, сопротивление коррозии, высокая теплопроводность и высокая электрическая проводимость. Так, например,

из технического алюминия изготавливают различные трубопроводы, палубные надстройки морских и речных судов, кабели, электропровода, шины, конденсаторы, фольгу, перегородки, двери, рамы, посуду, цистерны и т.д. Алюминий высокой чистоты предназначается для фольги, токопроводящих и кабельных изделий. Более широко используют сплавы алюминия.

Как можно повысить прочность алюминия?

 Прочность алюминия, можно значительно повысить путем легирования различными элементами, важнейшими из которых являются кремний, медь, магний, цинк и марганец. Для легирования используют также железо, титан, хром и реже –свинец, бор, кадмий, висмут, цирконий.

В чем заключается отличие деформируемых и литейных сплавов?

Деформируемые сплавы легко поддаются обработке давлением и предназначены для прокатки, ковки, прессования. Литейные сплавы отличаются жидкотекучестью, хорошо заполняют форму, мало чувствительны к литейным трещинам; их используют для фасонного литья. Алюминий имеет большую усадку затвердевания (6%). Высокая теплота плавления и теплоёмкость способствуют медленному остыванию из жидкого состояния, что даёт возможность улучшать отливки из алюминия и его сплавов путём модифицирования, рафинирования и других технологических операций.

Какую диаграмму состояния имеют большинство двойных алюминиевых сплавов?

Большинство двойных сплавов алюминия имеет диаграмму состояния с эвтектикой и двумя областями твердых растворов.

Какая часть диаграммы представляет интерес с точки зрения применения?

С точки зрения применения представляет интерес только левая часть диаграммы состояния - от 100% Al до эвтектического состава и немного дальше.

Как на основе диаграммы состояния классифицируют алюминиевые сплавы?

Алюминиевые сплавы на основе диаграммы состояния можно классифицировать на: литейные (участок КZ  на рис.1.1.1) и деформируемые, (участок ОК).

 

Рис.1.1.1. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния: а – двойная система; б – тройная система; 1 – сплавы, не упрочняемые термической обработкой (участок OF); 2 – сплавы, упрочняемые термической обработкой (участок FKα).

Границу между сплавами этих двух групп определяет предел насыщения твёрдого раствора при эвтектической температуре. Необходимо отметить, что концентрация компонентов в литейных сплавах должна превышать предельную растворимость.

Вместе с тем, литейные сплавы не должны содержать много эвтектики (более 15-20% по объёму) из-за ухудшения механических и некоторых технологических свойств.