Descripción del aluminio: El aluminio no tiene transformaciones polimórficas y tiene una red cúbica centrada en las caras con un período a = 0,4041 nm. El aluminio y sus aleaciones se prestan bien a la deformación en frío y en caliente: laminado, forjado, prensado, estirado, doblado, estampado de láminas y otras operaciones.
Se pueden unir todas las aleaciones de aluminio. soldadura de punto, y las aleaciones especiales se pueden soldar mediante fusión y otros tipos de soldadura. Las aleaciones de aluminio deformables se dividen en templables y no templables. tratamiento térmico.
Todas las propiedades de las aleaciones están determinadas no solo por el método de obtención de una pieza semiacabada y el tratamiento térmico, sino principalmente composición química y especialmente la naturaleza de las fases que fortalecen cada aleación. Las propiedades del envejecimiento de las aleaciones de aluminio dependen del tipo de envejecimiento: zonal, fase o coagulación.
En la etapa de envejecimiento por coagulación (T2 y T3), la resistencia a la corrosión aumenta significativamente y se obtiene la combinación más óptima de características de resistencia, resistencia a la corrosión por tensión, corrosión por exfoliación, tenacidad a la fractura (K 1c) y ductilidad (especialmente en la dirección vertical). asegurado.
El estado de los productos semiacabados, la naturaleza del revestimiento y la dirección de corte de las muestras se indican a continuación: Leyenda aluminio laminado:
M - Suave, recocido
T - Endurecido y envejecido naturalmente
T1 - Endurecido y envejecido artificialmente
T2 - Endurecido y envejecido artificialmente según un régimen que proporciona mayores valores de tenacidad a la fractura y mejor resistencia a la corrosión bajo tensión.
TZ: endurecido y envejecido artificialmente según un régimen que proporciona la mayor resistencia a la corrosión bajo tensión y tenacidad a la fractura.
N - trabajado en frío (trabajo en color de láminas de aleaciones como duraluminio aproximadamente 5-7%)
P - Semi-endurecido
H1 - Color muy frío (laminas trabajadas en frío aproximadamente un 20%)
TPP: endurecido y envejecido naturalmente, mayor resistencia.
GK - Laminados en caliente (chapas, desbastes)
B - Revestimiento tecnológico
A - Revestimiento normal
UP - Revestimiento engrosado (8% por lado)
D - Dirección longitudinal (a lo largo de la fibra)
P - dirección transversal
B - Dirección de altitud (espesor)
X - Dirección del acorde
R - Dirección radial
PD, DP, VD, VP, ХР, РХ: dirección de corte de la muestra utilizada para determinar la tenacidad a la fractura y la tasa de crecimiento de las grietas por fatiga. La primera letra caracteriza la dirección del eje de la muestra, la segunda, la dirección del plano, por ejemplo: PV: el eje de la muestra coincide con el ancho del producto semiacabado y el plano de la grieta es paralelo a la altura o al espesor. .
Análisis y obtención de muestras de aluminio: Minerales. Actualmente, el aluminio se produce a partir de un solo tipo de mineral: la bauxita. Las bauxitas de uso común contienen entre un 50 y un 60 % de A 12 O 3,<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.
Las muestras de bauxita se toman según reglas generales, prestando especial atención a la posibilidad de absorción de humedad por parte del material, así como a las diferentes proporciones de partículas grandes y pequeñas. El peso de la muestra depende del tamaño de la muestra a ensayar: de cada 20 toneladas es necesario seleccionar al menos 5 kg para la muestra total.
Al tomar muestras de bauxita en pilas cónicas, se separan los trozos pequeños de todos los trozos grandes que pesan >2 kg y se colocan en un círculo con un radio de 1 m y se recogen en una pala. El volumen que falta se llena con pequeñas partículas de material tomado de la superficie lateral del cono probado.
El material seleccionado se recoge en recipientes bien cerrados.
Todo el material de muestra se tritura en una trituradora hasta obtener partículas de 20 mm de tamaño, se vierte en un cono, se reduce y se tritura nuevamente hasta obtener partículas de ese mismo tamaño.<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.
La preparación adicional de la muestra para el análisis se lleva a cabo después del secado a 105°C. El tamaño de partícula de la muestra para el análisis debe ser inferior a 0,09 mm, la cantidad de material es de 50 kg.
Las muestras de bauxita preparadas son muy propensas a la estratificación. Si las muestras consisten en partículas de tamaño<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.
Las muestras de fluoruro líquido fundido utilizado en la electrólisis del aluminio fundido como electrolitos se toman con una cuchara de acero del líquido fundido después de eliminar los depósitos sólidos de la superficie del baño. Se vierte una muestra líquida de la masa fundida en un molde y se obtiene un pequeño lingote de 150x25x25 mm; luego, toda la muestra se tritura hasta obtener un tamaño de partícula de muestra de laboratorio inferior a 0,09 mm...
Fundición de aluminio: Dependiendo de la escala de producción, la naturaleza de la fundición y las capacidades energéticas, la fundición de aleaciones de aluminio se puede realizar en hornos de crisol, en hornos eléctricos de resistencia y en hornos eléctricos de inducción.
La fusión de aleaciones de aluminio debe garantizar no sólo una alta calidad de la aleación terminada, sino también una alta productividad de las unidades y, además, unos costes de fundición mínimos.
El método más avanzado para fundir aleaciones de aluminio es el método de calentamiento por inducción con corrientes de frecuencia industrial.
La tecnología para preparar aleaciones de aluminio consta de los mismos pasos tecnológicos que la tecnología para preparar aleaciones a base de cualquier otro metal.
1. Al fundir metales y aleaciones de cerdos frescos, primero se carga aluminio (en su totalidad o en partes) y luego se disuelven las aleaciones.
2. Al realizar la fundición utilizando una aleación preliminar de cerdo o silumin de cerdo en la carga, primero se cargan y funden las aleaciones de cerdo, y luego se agrega la cantidad requerida de aluminio y aleaciones.
3. En el caso de que la carga esté compuesta por desechos y metales porcinos, se carga en la siguiente secuencia: aluminio primario porcino, piezas fundidas defectuosas (lingotes), desechos (primera calidad) y refundición refinada y aleaciones.
El cobre se puede introducir en la masa fundida no sólo en forma de aleación, sino también en forma de cobre electrolítico o de residuos (introducción por disolución).
El aluminio y el acero inoxidable pueden parecer similares, pero en realidad son bastante diferentes. Recuerda estas 10 diferencias y úsalas como guía a la hora de elegir el tipo de metal para tu proyecto.
- Relación fuerza-peso. Generalmente el aluminio no es tan resistente como el acero, pero también es mucho más ligero. Ésta es la razón principal por la que los aviones están hechos de aluminio.
- Corrosión. El acero inoxidable está compuesto de hierro, cromo, níquel, manganeso y cobre. Se añade cromo como elemento para proporcionar resistencia a la corrosión. El aluminio es muy resistente a la oxidación y la corrosión, principalmente debido a una película especial sobre la superficie del metal (capa de pasivación). Cuando el aluminio se oxida, su superficie se vuelve blanca y en ocasiones aparecen picaduras. En algunos ambientes extremadamente ácidos o alcalinos, el aluminio puede corroerse a velocidades catastróficas.
- Conductividad térmica. El aluminio tiene una conductividad térmica mucho mejor que el acero inoxidable. Esta es una de las principales razones por las que se utiliza en radiadores y aires acondicionados de automóviles.
- Precio. El aluminio suele ser menos costoso que el acero inoxidable.
- Fabricabilidad. El aluminio es bastante blando y más fácil de cortar y deformar. El acero inoxidable es un material más resistente, pero es más difícil trabajar con él, ya que es más difícil deformarlo.
- Soldadura. El acero inoxidable es relativamente fácil de soldar, mientras que el aluminio puede resultar problemático.
- Propiedades termales. El acero inoxidable se puede utilizar a temperaturas mucho más altas que el aluminio, que puede volverse muy blando a sólo 200 grados.
- Conductividad eléctrica. El acero inoxidable es un conductor realmente pobre en comparación con la mayoría de los metales. El aluminio, por el contrario, es un muy buen conductor de la electricidad. Debido a su alta conductividad, bajo peso y resistencia a la corrosión, las líneas eléctricas aéreas de alto voltaje suelen estar hechas de aluminio.
- Fortaleza. El acero inoxidable es más resistente que el aluminio.
- Efecto sobre los alimentos. El acero inoxidable reacciona menos con los alimentos. El aluminio puede reaccionar a los alimentos que pueden afectar el color y el olor del metal.
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Actualmente, los sistemas NVF más habituales en el mercado ruso se pueden dividir en tres grandes grupos:
- sistemas con estructuras de sub-revestimiento de aleaciones de aluminio;
- sistemas con estructura de sub-revestimiento de acero galvanizado con revestimiento de polímero;
- Sistemas con estructura de sub-revestimiento de acero inoxidable.
Sin lugar a dudas, las estructuras de sub-revestimiento de acero inoxidable tienen las mejores propiedades de resistencia y térmicas.
Análisis comparativo de propiedades físicas y mecánicas de materiales.
*Las propiedades del acero inoxidable y del acero galvanizado difieren ligeramente.
Características térmicas y de resistencia del acero inoxidable y el aluminio.
1. Teniendo en cuenta la capacidad de carga 3 veces menor y la conductividad térmica 5,5 veces menor del aluminio, el soporte de aleación de aluminio es un "puente frío" más fuerte que el soporte de acero inoxidable. Un indicador de esto es el coeficiente de uniformidad térmica de la estructura de cerramiento. Según los datos de la investigación, el coeficiente de uniformidad térmica de la estructura de cerramiento cuando se utiliza un sistema de acero inoxidable fue de 0,86-0,92, y para sistemas de aluminio es de 0,6-0,7, lo que hace necesario colocar un mayor espesor de aislamiento y, en consecuencia, aumentar el coste de la fachada.
Para Moscú, la resistencia a la transferencia de calor requerida de las paredes, teniendo en cuenta el coeficiente de uniformidad térmica, es para un soporte de acero inoxidable - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, para un soporte de aluminio - 3,13/0,7= 4,47 (m 2 .°C)/W, es decir 1,07 (m 2 .°C)/W mayor. Por lo tanto, cuando se utilizan soportes de aluminio, el espesor del aislamiento (con un coeficiente de conductividad térmica de 0,045 W/(m°C) debe tomarse casi 5 cm más (1,07 * 0,045 = 0,048 m).
2. Debido al mayor espesor y conductividad térmica de los soportes de aluminio, según cálculos realizados en el Instituto de Investigación de Física de la Construcción, a una temperatura del aire exterior de -27 °C, la temperatura del anclaje puede descender a -3,5 °C. y aún más bajo, porque en los cálculos, se asumió que el área de la sección transversal del soporte de aluminio era de 1,8 cm 2, mientras que en realidad es de 4-7 cm 2. Cuando se utilizó un soporte de acero inoxidable, la temperatura en el anclaje fue de +8 °C. Es decir, cuando se utilizan soportes de aluminio, el anclaje opera en una zona de temperaturas alternas, donde es posible la condensación de humedad en el anclaje con posterior congelación. Esto destruirá gradualmente el material de la capa estructural de la pared alrededor del anclaje y, en consecuencia, reducirá su capacidad de carga, lo cual es especialmente importante para paredes hechas de material con baja capacidad de carga (hormigón celular, ladrillo hueco, etc. .). Al mismo tiempo, las almohadillas de aislamiento térmico debajo del soporte, debido a su pequeño espesor (3-8 mm) y su alta conductividad térmica (en relación con el aislamiento), reducen la pérdida de calor solo en un 1-2%, es decir. Prácticamente no rompen el “puente frío” y tienen poco efecto sobre la temperatura del ancla.
3. Baja expansión térmica de guías. La deformación por temperatura de la aleación de aluminio es 2,5 veces mayor que la del acero inoxidable. El acero inoxidable tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo (10 10 -6 °C -1) en comparación con el aluminio (25 10 -6 °C -1). En consecuencia, el alargamiento de las guías de 3 metros con una diferencia de temperatura de -15 °C a +50 °C será de 2 mm para el acero y de 5 mm para el aluminio. Por tanto, para compensar la dilatación térmica de la guía de aluminio, son necesarias una serie de medidas:
a saber, la introducción de elementos adicionales en el subsistema: correderas móviles (para soportes en forma de U) u orificios ovalados con manguitos para remaches, no una fijación rígida (para soportes en forma de L).
Esto conduce inevitablemente a un subsistema más complejo y costoso o a una instalación incorrecta (ya que a menudo sucede que los instaladores no utilizan casquillos o fijan incorrectamente el conjunto con elementos adicionales).
Como resultado de estas medidas, la carga del peso recae únicamente sobre los soportes portantes (superior e inferior) y los demás sirven solo como soporte, lo que hace que los anclajes no se carguen de manera uniforme y esto debe tenerse en cuenta al desarrollar documentación de diseño, que a menudo simplemente no se hace. En los sistemas de acero, toda la carga se distribuye uniformemente: todos los nodos están fijados rígidamente; las dilataciones térmicas menores se compensan mediante el funcionamiento de todos los elementos en la etapa de deformación elástica.
El diseño de la abrazadera permite que el espacio entre las placas en los sistemas de acero inoxidable sea de 4 mm, mientras que en los sistemas de aluminio sea de al menos 7 mm, lo que tampoco es del agrado de muchos clientes y estropea el aspecto del edificio. Además, la abrazadera debe garantizar el libre movimiento de las losas de revestimiento en la medida en que se extiendan las guías; de lo contrario, las losas se destruirán (especialmente en la unión de las guías) o la abrazadera se desdoblará (ambas situaciones pueden provocar la rotura). caída de losas de revestimiento). En un sistema de acero no existe peligro de que las patas de la abrazadera se doblen, lo que puede ocurrir con el tiempo en sistemas de aluminio debido a grandes deformaciones por temperatura.
Propiedades al fuego del acero inoxidable y el aluminio.
El punto de fusión del acero inoxidable es de 1800 °C y el del aluminio es de 630/670 °C (dependiendo de la aleación). La temperatura en caso de incendio en la superficie interior de la loseta (según los resultados de las pruebas del Centro Regional de Certificación "OPYTNOE") alcanza los 750 °C. Así, cuando se utilizan estructuras de aluminio, puede producirse la fusión de la subestructura y el colapso de parte de la fachada (en la zona de la abertura de la ventana), y a una temperatura de 800-900°C, el propio aluminio favorece la combustión. El acero inoxidable no se derrite en caso de incendio, por lo que es más preferible para los requisitos de seguridad contra incendios. Por ejemplo, en Moscú, durante la construcción de edificios de gran altura, no se permite el uso de subestructuras de aluminio.
Propiedades corrosivas
Hoy en día, la única fuente fiable sobre la resistencia a la corrosión de una determinada estructura de sub-revestimiento y, en consecuencia, sobre su durabilidad, es la opinión experta de ExpertKorr-MISiS.
Las estructuras más duraderas están hechas de acero inoxidable. La vida útil de dichos sistemas es de al menos 40 años en una atmósfera industrial urbana de agresividad media y de al menos 50 años en una atmósfera condicionalmente limpia de baja agresividad.
Las aleaciones de aluminio, gracias a la película de óxido, tienen una alta resistencia a la corrosión, pero en condiciones de altos niveles de cloruros y azufre en la atmósfera, puede ocurrir una corrosión intergranular de rápido desarrollo, lo que conduce a una disminución significativa en la resistencia de los elementos estructurales y su destrucción. . Así, la vida útil de una estructura fabricada en aleaciones de aluminio en un ambiente industrial urbano de agresividad media no supera los 15 años. Sin embargo, de acuerdo con los requisitos de Rosstroy, en el caso de utilizar aleaciones de aluminio para la fabricación de elementos de la subestructura de un NVF, todos los elementos deben tener necesariamente un revestimiento anódico. La presencia de un revestimiento anódico aumenta la vida útil de la subestructura de aleación de aluminio. Pero al instalar una subestructura, sus distintos elementos se conectan con remaches, para los cuales se perforan orificios, lo que provoca una violación del recubrimiento anódico en la zona de fijación, es decir, inevitablemente se crean áreas sin recubrimiento anódico. Además, el núcleo de acero de un remache de aluminio forma junto con el medio de aluminio del elemento un par galvánico, lo que también conduce al desarrollo de procesos activos de corrosión intergranular en los lugares de fijación de los elementos de la base. Vale la pena señalar que a menudo el bajo costo de un sistema NVF en particular con una subestructura de aleación de aluminio se debe precisamente a la falta de una capa anódica protectora en los elementos del sistema. Los fabricantes sin escrúpulos de este tipo de estructuras ahorran en costosos procesos de anodizado electroquímico de sus productos.
El acero galvanizado tiene una resistencia a la corrosión insuficiente desde el punto de vista de la durabilidad estructural. Pero después de aplicar el recubrimiento polimérico, la vida útil de una subestructura de acero galvanizado con recubrimiento polimérico será de 30 años en una atmósfera industrial urbana de agresividad media y de 40 años en una atmósfera condicionalmente limpia de baja agresividad.
Habiendo comparado los indicadores anteriores de subestructuras de aluminio y acero, podemos concluir que las subestructuras de acero son significativamente superiores a las de aluminio en todos los aspectos.
Hoy en día, el aluminio se utiliza en casi todas las industrias, desde la producción de utensilios alimentarios hasta la creación de fuselajes de naves espaciales. Para determinados procesos de producción, sólo son adecuados determinados grados de aluminio, que tienen determinadas propiedades físicas y químicas.
Las principales propiedades del metal son alta conductividad térmica, maleabilidad y ductilidad, resistencia a la corrosión, bajo peso y baja resistencia óhmica. Dependen directamente del porcentaje de impurezas incluidas en su composición, así como de la tecnología de producción o enriquecimiento. De acuerdo con esto, se distinguen los principales grados de aluminio.
tipos de aluminio
Todos los grados de metales se describen e incluyen en un sistema unificado de normas nacionales e internacionales reconocidas: EN europea, ASTM americana e ISO internacional. En nuestro país, los grados de aluminio están definidos por GOST 11069 y 4784. Todos los documentos se consideran por separado. Al mismo tiempo, el metal en sí se divide en grados y las aleaciones no tienen características específicamente definidas.
De acuerdo con las normas nacionales e internacionales, se deben distinguir dos tipos de microestructura del aluminio sin alear:
- alta pureza con un porcentaje superior al 99,95%;
- pureza técnica, que contiene aproximadamente un 1% de impurezas y aditivos.
Los compuestos de hierro y silicio suelen considerarse impurezas. La norma internacional ISO tiene una serie separada para el aluminio y sus aleaciones.
Grados de aluminio
El tipo técnico de material se divide en ciertos grados, que se asignan a los estándares pertinentes, por ejemplo AD0 según GOST 4784-97. Al mismo tiempo, la clasificación también incluye metales de alta frecuencia, para no crear confusión. Esta especificación contiene las siguientes marcas:
- Primaria (A5, A95, A7E).
- Técnico (AD1, AD000, ADS).
- Deformable (AMg2, D1).
- Fundición (VAL10M, AK12pch).
- Para la desoxidación del acero (AV86, AV97F).
Además, también existen categorías de aleaciones: compuestos de aluminio que se utilizan para crear aleaciones de oro, plata, platino y otros metales preciosos.
aluminio primario
El aluminio primario (grado A5) es un ejemplo típico de este grupo. Se obtiene enriqueciendo la alúmina. El metal no se encuentra en la naturaleza en forma pura debido a su alta actividad química. Combinado con otros elementos, forma bauxita, nefelina y alunita. Posteriormente, a partir de estos minerales se obtiene la alúmina, y de ella, mediante complejos procesos químicos y físicos, se obtiene el aluminio puro.
GOST 11069 establece requisitos para los grados de aluminio primario, que deben marcarse aplicando franjas verticales y horizontales con pintura indeleble de varios colores. Este material ha encontrado una amplia aplicación en industrias avanzadas, principalmente donde se requieren altas características técnicas de las materias primas.
Aluminio técnico
El aluminio técnico es un material con un porcentaje de impurezas extrañas inferior al 1%. Muy a menudo también se le llama no dopado. Los grados técnicos de aluminio según GOST 4784-97 se caracterizan por una resistencia muy baja, pero una alta resistencia a la corrosión. Debido a la ausencia de partículas de aleación en la composición, se forma rápidamente una película protectora de óxido sobre la superficie del metal, que es estable.
Los tipos de aluminio técnico se distinguen por una buena conductividad térmica y eléctrica. Su red molecular prácticamente no contiene impurezas que dispersen el flujo de electrones. Gracias a estas propiedades, el material se utiliza activamente en la fabricación de instrumentos, en la producción de equipos de calefacción e intercambio de calor y en artículos de iluminación.
Aluminio forjado
El aluminio deformable incluye un material que se somete a tratamientos de presión en frío y en caliente: laminado, prensado, embutición y otros tipos. Como resultado de las deformaciones plásticas se obtienen de él productos semiacabados de diversas secciones longitudinales: varilla, chapa, listón, placa, perfiles y otros de aluminio.
Los principales grados de material deformable utilizado en la producción nacional se dan en los documentos reglamentarios: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 y OCT1 90026. Un rasgo característico de las materias primas deformables es la estructura sólida de la solución con un alto contenido de Eutéctico: fase líquida que está en equilibrio con dos o más estados sólidos de la materia.
El ámbito de aplicación del aluminio deformable, como el que se utiliza con varillas de aluminio, es bastante amplio. Se utiliza tanto en áreas que requieren altas características técnicas de los materiales, en la construcción de barcos y aviones, como en obras de construcción como aleación para soldar.
Aluminio moldeado
Las calidades de fundición de aluminio se utilizan para la producción de productos moldeados. Su característica principal es la combinación de alta resistencia específica y baja densidad, lo que permite fundir productos de formas complejas sin agrietarse.
Según su finalidad, las calidades de fundición se dividen convencionalmente en grupos:
- Materiales altamente herméticos (AL2, AL9, AL4M).
- Materiales de alta resistencia y resistencia al calor (AL 19, AL5, AL33).
- Sustancias con alta resistencia anticorrosión.
Muy a menudo, las características operativas de los productos de aluminio fundido aumentan mediante varios tipos de tratamiento térmico.
Aluminio para desoxidación
La calidad de los productos fabricados también se ve influenciada por las propiedades físicas del aluminio. Y el uso de materiales de baja calidad no se limita a la creación de productos semiacabados. Muy a menudo se utiliza para desoxidar el acero: eliminar el oxígeno del hierro fundido, que se disuelve en él y mejora así las propiedades mecánicas del metal. Para realizar este proceso se utilizan con mayor frecuencia las marcas AB86 y AB97F.