Алюминий какая сталь. Марки алюминия: виды, свойства и области применения

Описание алюминия: Алюминий не имеет полиморфных превращений, обладает решеткой гранецентрированного куба с периодом а=0,4041 нм. Алюминий и его сплавы хорошо поддаются горячей и холодной деформации — прокатке, ковке, прессованию, волочению, гибке, листовой штамповке и другим операциям.

Все алюминиевые сплавы можно соединять точечной сваркой, а специальные сплавы можно сваривать плавлением и другими видами сварки. Деформируемые алюминиевые сплавы разделяются на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

Все свойства сплавов определяют не только способом получения полуфабриката заготовки и термической обработкой, но главным образом химическим составом и особенно природой фаз — упрочнителей каждого сплава. Свойства стареющих алюминиевых сплавов зависят от видов старения: зонного, фазового или коагуляционного.

На стадии коагуляционного старения (Т2 и ТЗ) значительно повышается коррозионная стойкость, причем обеспечивается наиболее оптимальное сочетание характеристик прочности, сопротивления коррозии под напряжением, расслаивающей коррозии, вязкости разрушения (К 1с) и пластичности (особенно в высотном направлении).

Состояние полуфабрикатов, характер плакировки и направление вырезки образцов обозначены следующим образом - Условные обозначения проката из алюминия:

М - Мягкий, отожженный

Т - Закаленный и естественно состаренный

Т1 - Закаленный и искусственно состаренный

Т2 - Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением

ТЗ - Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему наиболее высокие сопротивления коррозии под напряжением и вязкость разрушения

Н - Нагартованный (нагартовка листов сплавов типа дуралюмии примерно 5—7 %)

П - Полунагартованный

H1 - Усиленно нагартованный (нагартовка листов примерно 20 %)

ТПП - Закаленный и естественно состаренный, повышенной прочности

ГК - Горячекатаные (листы, плиты)

Б - Технологическая плакировка

А - Нормальная плакировка

УП - Утолщенная плакировка (8 % на сторону)

Д - Продольное направление (вдоль волокна)

П - Поперечное направление

В - Высотное направление (толщина)

X - Хордовое направление

Р - Радиальное направление

ПД, ДП, ВД, ВП, ХР, РХ - Направление вырезки образцов, применяемое для определения вязкости разрушения и скорости роста усталостной трещины. Первая буква характеризует направление оси образца, вторая — направление плоскости, например: ПВ — ось образца совпадает с шириной полуфабриката, а плоскость трещины параллельна высоте или толщине.

Анализ и получение проб алюминия: Руды. В настоящее время алюминий получают только из одного вида руды — бокситов. В обычно используемых бокситах содержится 50—60% А 12 О 3 , <30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.

Пробы от бокситов отбирают по общим правилам, обращая особое внимание на возможность поглощения влаги материалом, а также на различное соотношение долей крупных и мелких частиц. Масса пробы зависит от величины опробуемой поставки: от каждых 20 т необходимо отбирать в общую пробу не менее 5 кг.

При отборе проб боксита в конусообразных штабелях от всех крупных кусков массой >2 кг, лежащих в окружности радиусом 1 м, откалывают маленькие кусочки и отбирают в лопату. Недостающий объем заполняют мелкими частицами материала, взятыми с боковой поверхности опробуемого конуса.

Отобранный материал собирают в плотно закрывающиеся сосуды.

Весь материал пробы измельчают в дробилке до частиц размером 20 мм, ссыпают в конус, сокращают и снова дробят до частиц размером <10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.

Дальнейшую подготовку пробы для анализа проводят после высушивания при 105° С. Размер частиц пробы для анализа должен быть менее 0,09 мм, количество материала 50 кг.

Приготовленные пробы боксита очень склонны к расслоению. Если пробы, состоящие из частиц размером <0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава. Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.

Пробы от жидких расплавов фторидов, применяемых при электролизе расплава алюминия в качестве электролитов, отбирают стальным черпаком из жидкого расплава после удаления твердой настыли с поверхности ванны. Жидкую пробу расплава сливают в изложницу и получают маленький слиточек размерами 150х25х25 мм; затем всю пробу измельчают до размера частиц лабораторной пробы менее 0,09 мм...

Плавка алюминия: В зависимости от масштабов производства, характера литья и энергетических возможностей плавку алюминиевых сплавов можно производить в тигельных печах, в электропечах сопротивления и в индукционных электропечах.

Плавка алюминиевых сплавов должна обеспечивать не только высокое качество готового сплава, но и высокую производительность агрегатов и, кроме того, минимальную стоимость литья.

Наиболее прогрессивным методом плавки алюминиевых сплавов является метод индукционного нагрева токами промышленной частоты.

Технология приготовления алюминиевых сплавов слагается из тех же технологических этапов, что и технология приготовления сплавов на основе любых других металлов.

1. При проведении плавки на свежих чушковых металлах и лигатурах в первую очередь загружают (полностью или по частям) алюминий, а затем растворяют лигатуры.

2. При проведении плавки с использованием в шихте предварительного чушкового сплава или чушкового силумина в первую очередь загружают и расплавляют чушковые сплавы, а затем добавляют необходимое количество алюминия и лигатур.

3. В том случае, когда шихта составлена из отходов и чушковых металлов, ее загружают в следующей последовательности: чушковый первичный алюминий, бракованные отливки (слитки), отходы (первого сорта) и рафинированный переплав и лигатуры.

Медь можно вводить в расплав не только в виде лигатуры, но и в виде электролитической меди или отходов (введение путем растворения).

Алюминий и нержавеющая сталь могут выглядеть похожими, но на самом деле они совершенно разные. Запомните эти 10 различий и руководствуйте ими при выборе типа металла для вашего проекта.

1. Соотношение прочности и веса. Алюминий обычно не такой прочный, как сталь, но при этом он гораздо легче. Это основная причина, почему самолеты сделаны из алюминия.
2. Коррозия. Нержавеющая сталь состоит из железа, хрома, никеля, марганца и меди. Хром добавляют в качестве элемента для обеспечения коррозионной стойкости. Алюминий обладает высокой стойкостью к окислению и коррозии, главным образом, благодаря специальной пленке на поверхности металла (пассивирующему слою). Когда алюминий окисляется, его поверхность становится белой и иногда на ней появляются впадинки. В некоторых экстремальных кислотных или щелочных средах алюминий может подвергнуться коррозии с катастрофической скоростью.
3. Теплопроводность. Алюминий имеет гораздо лучшую теплопроводность, чем нержавеющая сталь. Это одна из основных причин, по которой он используется для автомобильных радиаторов и кондиционеров.
4. Стоимость. Алюминий обычно дешевле, чем нержавеющая сталь.
5. Технологичность. Алюминий довольно мягкий и легче режется и деформируется. Нержавеющая сталь более прочный материал, но с ним тяжелее работать, так как он поддается деформации с большим трудом.
6. Сварка. Нержавеющая сталь относительно легко сваривается, в то время как с алюминием могут возникнуть проблемы.
7. Тепловые свойства. Нержавеющая сталь может использоваться при гораздо более высоких температурах, чем алюминий, который может стать очень мягким уже при 200 градусах.
8. Электрическая проводимость. Нержавеющая сталь - действительно плохой проводник по сравнению с большинством металлов. Алюминий – напротив, очень хороший проводник электричества. Из-за высокой проводимости, малой массы и коррозионной стойкости высоковольтные воздушные линии электропередачи обычно изготавливаются из алюминия.
9. Прочность. Нержавеющая сталь прочнее алюминия.
10. Влияние на продукты питания. Нержавеющая сталь в меньшей степени вступает в реакцию с продуктами. Алюминий может реагировать на продукты, которые могут влиять на цвет и запах металла.

Все еще не знаете, какой металл подходит для ваших целей? Свяжитесь с нами по телефону, электронной почте или приезжайте в наш офис. Наши менеджеры по работе с клиентами помогут вам сделать правильный выбор!

В настоящее время, наиболее распространёнными на российском рынке системы НВФ можно разделить на три большие группы:

• системы с подоблицовочной конструкцией из алюминиевых сплавов;
• системы с подоблицовочной конструкцией из оцинкованной стали с полимерным покрытием;
• системы с подоблицовочной конструкцией из нержавеющей стали.

Наилучшие прочностные и теплофизические показатели, безусловно, имеют подоблицовочные конструкции из нержавеющей стали.

Сравнительный анализ физико-механических свойств материалов

*Свойства нержавеющей и оцинкованной стали отличаются незначительно.

Теплотехнические и прочностные характеристики нержавеющей стали и алюминия

1. Учитывая в 3 раза меньшую несущую способность и в 5,5 раз большую теплопроводность алюминия, кронштейн из алюминиевого сплава является более сильным "мостом холода", чем кронштейн из нержавеющей стали. Показателем этого служит коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции. По данным исследований коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции при применении системы из нержавеющей стали составил 0,86-0,92, а для алюминиевых систем он равен 0,6-0,7, что заставляет закладывать большую толщину утеплителя и, соответственно, увеличивать стоимость фасада.

Для г. Москвы требуемое сопротивление теплопередаче стен с учетом коэффициента теплотехнической однородности составляет для нержавеющего кронштейна - 3,13/0,92=3,4 (м2.°C)/Вт, для алюминиевого кронштейна - 3,13/0,7=4,47 (м 2 .°C)/Вт, т.е. на 1,07 (м 2 .°C)/Вт выше. Отсюда, при применении алюминиевых кронштейнов толщина утеплителя (с коэффициентом теплопроводности 0,045 Вт/(м.°C) должна приниматься почти на 5 см больше (1,07*0,045=0,048 м).

2. Из-за большей толщины и теплопроводности алюминиевых кронштейнов по расчетам, проведенным в НИИ Строительной физики, при температуре наружного воздуха -27 °C температура на анкере может опускаться до -3,5 °C и даже ниже, т.к. в расчетах площадь поперечного сечения алюминиевого кронштейна принималась 1,8 см 2 , тогда как реально она составляет 4-7 см 2 . При применении кронштейна из нержавеющей стали, температура на анкере составила +8 °C . То есть, при применении алюминиевых кронштейнов, анкер работает в зоне знакопеременных температур, где возможна конденсация влаги на анкере с последующим замерзанием. Это будет постепенно разрушать материал конструктивного слоя стены вокруг анкера и соответственно снижать его несущую способность, что особенно актуально для стен из материала с низкой несущей способностью (пенобетон, пустотелый кирпич и др.). При этом теплоизоляционные прокладки под кронштейн по причине их малой толщины (3-8 мм) и высокой (относительно утеплителя) теплопроводности снижают теплопотери всего на 1-2 %, т.е. практически не разрывают "мост холода" и мало влияют на температуру анкера.

3. Низкое температурное расширение направляющих. Температурные деформации алюминиевого сплава в 2,5 раза больше, чем нержавеющей стали. Нержавеющая сталь имеет более низкий коэффициент температурного расширения (10 10 -6 °C -1), по сравнению с алюминием (25 10 -6 °C -1). Соответственно удлинение 3-метровых направляющих при перепаде температур от -15 °C до +50 °C составит 2 мм для стали и 5 мм для алюминия. Поэтому для компенсации температурного расширения алюминиевой направляющей необходим целый ряд мероприятий:

а именно - введение в подсистему дополнительных элементов - подвижных салазок (для П-образных кронштейнов) или овальных отверстий с втулками для заклепок - не жесткая фиксация (для L-образых кронштейнов).

Это неминуемо приводит к усложнению и удорожанию подсистемы или неправильному монтажу (так как очень часто бывает, что монтажники не использует втулки или неправильно фиксирует узел с дополнительными элементами).

В результате данных мероприятий весовая нагрузка приходится только на несущие кронштейны (верхний и нижний) а другие служат лишь как опора, а это значит, что анкеры нагружены не равномерно и это обязательно нужно учитывать при разработке проектной документации, что зачастую просто не делают. В стальных же системах вся нагрузка распределяется равномерно - все узлы жестко зафиксированы - незначительные температурные расширения компенсируются за счет работы всех элементов в стадии упругой деформации.

Конструкция кляммера позволяет делать зазор между плитами в системах из нержавеющей стали от 4 мм, тогда как в алюминиевых системах - не менее 7 мм, что к тому же не устраивает многих заказчиков и портит внешний вид здания. Кроме того, кляммер должен обеспечивать свободное перемещение плит облицовки на величину удлинения направляющих, иначе будет происходить разрушение плит (особенно на стыке направляющих) или разгибание кляммера (и то, и другое может привести к выпадению плит облицовки). В стальной системе нет опасности разгибания лапок кляммера, что может с течением времени произойти в алюминиевых системах из-за больших температурных деформаций.

Противопожарные свойства нержавеющей стали и алюминия

Температура плавления нержавеющей стали 1800 °C, а алюминия 630/670°C (в зависимости от сплава). Температура при пожаре на внутренней поверхности плитки (по результатам испытаний МООУ «Региональный сертификационный центр «ОПЫТНОЕ») достигает 750 °C. Таким образом, при применении алюминиевых конструкций может произойти расплавление подконструкции и обрушение части фасада (в зоне оконного проема), а при температуре 800-900°С алюминий сам по себе поддерживает горение. Нержавеющая сталь же при пожаре не плавится, поэтому наиболее предпочтительна по требованиям пожарной безопасности. К примеру - в г. Москва при строительстве высотных зданий алюминиевые подконструкции вообще не допускаются к применению.

Коррозионные свойства

На сегодняшний день единственным достоверным источником о коррозионной стойкости той или иной подоблицовочной конструкции, а соответственно и долговечности, является экспертное заключение «ЭкспертКорр-МИСиС».

Самыми долговечными являются конструкции из нержавеющих сталей. Срок службы таких систем составляет не менее 40 лет в городской промышленной атмосфере средней агрессивности, и не менее 50 лет в условиях условно-чистой атмосферы слабой агрессивности.

Алюминиевые сплавы, благодаря оксидной плёнке, обладают высокой коррозионной стойкостью, но в условиях повышенного содержания в атмосфере хлоридов и серы возможно возникновение быстроразвивающейся межкристаллитной коррозии, что приводит к существенному снижению прочности элементов конструкции и их разрушению. Таким образом, срок службы конструкции из алюминиевых сплавов в условиях городской промышленной атмосферы средней агрессивности не превышает 15 лет. Однако, по требованиям Росстроя, в случае применения алюминиевых сплавов для изготовления элементов подконструкции НВФ, все элементы в обязательном порядке должны иметь анодное покрытие. Наличие анодного покрытия увеличивает срок службы подконструкции из алюминиевого сплава. Но при монтаже подконструкции различные её элементы соединяются заклёпками, для чего сверлятся отверстия, что вызывает нарушение анодного покрытия на участке крепления, т. е. неизбежно создаются участки без анодного покрытия. Кроме того, стальной сердечник алюминиевой заклёпки совместно с алюминиевой средой элемента составляет гальваническую пару, что также ведёт к развитию активных процессов межкристаллитной коррозии в местах крепления элементов подконструкции. Стоит отметить, что зачастую дешевизна той или иной системы НВФ с подконструкцией из алюминиевого сплава обусловлена именно отсутствием защитного анодного покрытия на элементах системы. Недобросовестные производители таких подконструкций экономят на дорогостоящих электрохимических процессах анодирования изделий.

Недостаточной коррозионной стойкостью, с точки зрения долговечности конструкции, обладает оцинкованная сталь. Но после нанесения полимерного покрытия срок службы подконструкции из оцинкованной стали с полимерным покрытием составит 30 лет в условиях городской промышленной атмосферы средней агрессивности, и 40 лет в условиях условно-чистой атмосферы слабой агрессивности.

Сравнив вышеперечисленные показатели алюминиевых и стальных подконструкций, можно сделать вывод - стальные подконструкции по всем показателям значительно превосходят алюминиевые.

Сегодня алюминий используется практически во всех отраслях промышленности, начиная с производства пищевой посуды и заканчивая созданием фюзеляжей космических кораблей. Для тех или иных производственных процессов подходят только определенные марки алюминия, которые обладают определенными физико-химическими свойствами.

Главные свойства металла - высокая теплопроводность, ковкость и пластичность, устойчивость к образованию коррозии, небольшой вес и низкое омическое сопротивление. Они находятся в прямой зависимости от процентного содержания примесей, входящих в его состав, а также от технологии получения или обогащения. В соответствии с этим выделяют основные марки алюминия.

Виды алюминия

Все марки металла описаны и внесены в единую систему признанных национальных и международных стандартов: Европейских EN, Американских ASTM и международных ISO. В нашей стране марки алюминия определены ГОСТом 11069 и 4784. Во всех документах рассматриваются отдельно. При этом сам металл подразделяется именно на марки, а сплавы не имеют конкретно определенных знаков.

В соответствии с национальными и международными стандартами, следует выделить два вида микроструктуры нелегированного алюминия:

• высокой чистоты с процентным содержанием более 99,95%;
• технической чистоты, содержащей около 1% примесей и добавок.

В качестве примесей чаще всего рассматривают соединения железа и кремния. В международном стандарте ISO для алюминия и его сплавов выделена отдельная серия.

Марки алюминия

Технический вид материала делится на определенные марки, которые закреплены за соответствующими стандартами, например АД0 по ГОСТ 4784-97. При этом в классификацию входит и металл высокой частоты, чтобы не создавать путаницу. Данная спецификация содержит следующие марки:

1. Первичный (А5, А95, А7Е).
2. Технический (АД1, АД000, АДС).
3. Деформируемый (АМг2, Д1).
4. Литейный (ВАЛ10М, АК12пч).
5. Для раскисления стали (АВ86, АВ97Ф).

Кроме того, выделяют и категории лигатуры - соединения алюминия, которые используются для создания сплавов из золота, серебра, платины и других драгоценных металлов.

Первичный алюминий

Первичный алюминий (марка А5) - типичный пример данной группы. Его получают путем обогащения глинозема. В природе металл в чистом виде не встречается ввиду его высокой химической активности. Соединяясь с другими элементами, он образует бокситы, нефелины и алуниты. Впоследствии из этих руд получают глинозем, а из него с помощью сложных химико-физических процессов - чистый алюминий.

ГОСТ 11069 устанавливает требования к маркам первичного алюминия, которые следует отметить путем нанесения вертикальных и горизонтальных полос несмываемой краской различных цветов. Данный материал нашел широкое применение в передовых отраслях промышленности, главным образом там, где от сырья требуются высокие технические характеристики.

Технический алюминий

Техническим алюминием называют материал с процентным содержанием инородных примесей менее 1%. Очень часто его также называют нелегированным. Технические марки алюминия по ГОСТу 4784-97 характеризуются очень низкой прочностью, но высокой антикоррозионной стойкостью. Благодаря отсутствию в составе легирующих частиц на поверхности металла быстро образуется защитная оксидная пленка, которая отличается устойчивостью.

Марки технического алюминия отличаются и хорошей тепло- и электропроводностью. В их молекулярной решетке практически отсутствуют примеси, которые рассеивают поток электронов. Благодаря этим свойствам материал активно используется в приборостроении, при производстве нагревательного и теплообменного оборудования, предметов освещения.

Деформируемый алюминий

К деформируемому алюминию относят материал, который подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию, волочению и другим видам. В результате пластических деформаций из него получают полуфабрикаты различного продольного сечения: алюминиевый пруток, лист, ленту, плиту, профили и другие.

Основные марки деформируемого материала, используемого на отечественном производстве, приведены в нормативных документах: ГОСТ 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026. Характерной особенностью деформируемого сырья является твердая структура раствора с большим содержанием эвтектики - жидкой фазы, которая находится в равновесии с двумя или более твердыми состояниями вещества.

Область применения деформируемого алюминия, как и та, где применяется алюминиевый пруток, достаточно обширна. Он используется как в областях, требующих высоких технических характеристик от материалов - в корабле- и самолетостроении, так и на строительных площадках в качестве сплава для сварки.

Литейный алюминий

Литейные марки алюминия используются для производства фасонных изделий. Их главной особенностью является сочетание высокой удельной прочности и низкой плотности, что позволяет отливать изделия сложных форм без образования трещин.

Согласно своему назначению, литейные марки условно делятся на группы:

1. Высокогерметичные материалы (АЛ2, АЛ9, АЛ4М).
2. Материалы с высокой прочностью и жароустойчивостью (АЛ 19, АЛ5, АЛ33).
3. Вещества с высокой антикоррозионной устойчивостью.

Очень часто эксплуатационные характеристики изделий из литейного алюминия повышают различными видами термической обработки.

Алюминий для раскисления

На качество изготавливаемых изделий оказывает влияние и то, какие имеет алюминий физические свойства. И применение низкосортных сортов материала не ограничивается созданием полуфабрикатов. Очень часто он используется для раскисления стали - удаления из расплавленного железа кислорода, который растворен в нем и повышает тем самым механические свойства металла. Для проведения данного процесса чаще всего применяются марки АВ86 и АВ97Ф.