Алюминий, металл, освоенный сравнительно недавно, сегодня играет ключевую роль во многих отраслях. От промышленности и оборонной сферы до товаров повседневного спроса – его свойства востребованы повсеместно. Алюминиевые сплавы ценятся за малый вес, хорошие проводниковые характеристики, пригодность для упаковки продуктов и декоративные возможности. Кроме того, алюминий проявляет себя как эффективный восстановитель в металлургии, например, при удалении кислорода из стали. Его добавление в сплавы на основе титана снижает риск нежелательных изменений структуры металла при нагреве и охлаждении.
Интересно, как быстро алюминий стал таким важным материалом! Всего полтора века назад его почти не использовали, а сейчас без него сложно представить современную жизнь.
Выражение "серебро из глины" точно отражает суть процесса получения алюминия. В природе этот элемент почти не встречается в чистом виде из-за высокой химической активности. Основным источником алюминия является глинозем – оксид алюминия (Al₂O₃), входящий в состав бокситов и некоторых драгоценных камней, таких как рубины и сапфиры.
Процесс восстановления алюминия из оксида – задача нетривиальная. Прямое восстановление углеродом невозможно из-за большего сродства алюминия к кислороду. Современный способ, разработанный в 1886 году, включает несколько ключевых этапов:
- Добыча и подготовка бокситов: дробление руды, удаление влаги и обработка паром для избавления от примесей.
- Растворение оксида алюминия (Al₂O₃) в расплавленном криолите (Na₃AlF₆) при высокой температуре (около 950°C).
- Электролиз полученного расплава: электрический ток разрушает связь между алюминием и кислородом.
Для повышения чистоты алюминия применяются различные методы очистки:
- Обработка хлором: снижает содержание неметаллических примесей, а также уменьшает концентрацию железа, кремния и щелочноземельных металлов.
- Электролитическая очистка: позволяет получить алюминий высокой чистоты (марки от А95 до А995).
- Прецизионные методы: сложные технологические процессы, предназначенные для получения алюминия с очень высокой степенью очистки (до 99,99%).
- Фракционная кристаллизация: в расплав вводится теплообменник, действующий как кристаллизатор, либо расплав охлаждается в атмосфере инертного газа.
- Химические методы: основаны на образовании интерметаллических соединений, например, боридов.
Чтобы придать сплаву заданные характеристики, в алюминий добавляют легирующие элементы: титан, цинк, марганец, хром, никель и другие. Состав сплава, то есть содержание алюминия, примесей и легирующих добавок, регламентируется ГОСТ 4784-97.
Разбираемся в маркировке алюминия
Первичный алюминий производится в соответствии с требованиями ГОСТ 11069-2001 или ГОСТ Р 55375-2012. Свойства металла, как физические, так и химические, напрямую зависят от его чистоты, что определяет область его применения.
- Алюминий особой чистоты (марка А999) с содержанием основного металла 99,999% используется в полупроводниковой промышленности и для научных исследований.
- Для производства радио- и электротехнических компонентов применяют марки А95, А97, А99, А995 с чистотой от 99,95% до 99,995%.
- Алюминий технической чистоты (марки А0, А5, А6, А7, А8, А85) с содержанием алюминия от 99% до 99,85% используется для изготовления проводов, шин и различных сплавов.
Цифры в обозначении марок указывают на сотые доли процента примесей, поскольку содержание алюминия всегда превышает 99%. Технический алюминий широко востребован, в том числе для изготовления упаковки и посуды. При этом учитываются следующие характеристики:
- Степень чистоты: выделяют чистый (Ч), особо чистый (ОЧ) и повышенной чистоты (ПЧ) алюминий.
- Технический алюминий: содержит от 0,15% до 1% примесей.
- Деформируемый алюминий (АД): предназначен для изготовления полуфабрикатов методом прокатки.
- Литейный алюминий: используется для производства изделий методом литья.
- Алюминий с невысокой степенью очистки применяется для десульфурации стали (удаления серы).
Аббревиатура АД обозначает деформируемый алюминий, например, АД000 или АД00. Буква Е указывает на специальные электрические свойства. АД1пл – это материал, используемый для плакирования (нанесения защитного слоя) тонколистового проката. Также применяются числовые обозначения: АД0 соответствует 1011, а АД1 – 1013.
Основные марки алюминия и его сплавов: краткий перечень
Особенности листового алюминия
Изготовление листового проката регламентируется ГОСТ 21631-76. Применяются различные марки алюминия, такие как А0, А5, А6, А7, АД0, АД1, а также сплавы на основе магния, марганца и цинка. Алюминий хорошо поддается обработке, что облегчает решение многих технологических задач. Однако, в ряде случаев требуется увеличить его механическую прочность. Для этого применяют специальные методы.
- Плакирование: нанесение на поверхность листа слоя другого металла. Толщина этого слоя может быть технологической (Б), стандартной (А) или увеличенной (У).
- Нагартовка: создание в структуре металла упорядоченных микродефектов, повышающих его плотность и прочность. Листы могут быть нагартованными (обозначение "Н") или полунагартованными ("Н2").
- Термическая обработка: включает в себя такие способы, как отжиг и закалка.
После закалки полуфабрикаты подвергают старению. При отжиге происходит перестройка кристаллической решетки металла с выделением избыточной фазы. Легирующие элементы, находящиеся в кристаллах, выделяются в виде отдельных атомов и концентрируются на границах зерен. Эти частицы упрочняют сплав. Процесс старения может происходить естественным путем (при комнатной температуре) или искусственно (при повышенной температуре, обычно 100-150°C).
Обозначения, характеризующие проведенную обработку:
- М – полуфабрикаты, прошедшие предварительную обработку или имеющие аналогичные механические свойства.
- Т – материалы, закаленные и прошедшие естественное старение.
- Т1 – материалы, закаленные и подвергнутые искусственному старению.
- Термически обработанные нагартованные материалы – закаленные и естественно состаренные.
Поверхность листов может иметь обычную, повышенную (П) или высокую (В) отделку. Эти буквы указываются в конце маркировки. Например, "П" в обозначении геометрических размеров "1000Пх2000" говорит о повышенной точности изготовления листа.
Всегда обращайте внимание на маркировку! Она содержит много полезной информации о свойствах и обработке материала.
Выбор подходящей марки алюминия – это ключевой фактор для успешной реализации проекта. Знание особенностей различных марок и методов их обработки позволяет получить материал с нужными характеристиками и гарантировать качество конечного продукта.
Автор статьи — инженер-технолог Сергей Кузнецов.