Глава 4 алюминий и алюминиевые сплавы Литература к главе 4.

1. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.

2. Машиностроение. Энциклопедия. Том 11-3.Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Москва «Машиностроение» 2001.

3. Цветное литьё: Справочник/ Н.М. Галдин, Д.Ф. Чернега, Д.Ф.Иванчук и др.;

Под общ. ред. Н.М. Галдина.—М.:Машиностроение,1989.—528с.

4.Курдюмов А.В., Пикунов М.В. Чурсин В.М., Бибиков Е.Л. «Производство

отливок из сплавов цветных металлов». М.: МИСиС, Учебник для вузов.1996.

5. Металлы и сплавы. Справочник. Санкт-Петербург. 2003г.

6. ГОСТ 1583-93. Алюминиевые литейные сплавы.

7. Особенности получения качественных отливок из высококачественных алюминиевых сплавов. Ж. Литейщик России. №1. 2003г.

8. И. Ф. Селянин, В.Б.Деев, А.П. Войтков, Н.В. Башмакова. Рафинирование расплавов при использовании низкосортной шихты. Ж. Литейщик России. №2. 2006 г.

9. Г.П.Борисов. Научные основы разработки методов дальнейшего повышения свойств и технико-экономических показателей производства высококачественных отливок из алюминиевых сплавов. Ж. Литейное производство. № 9. 2008г.

10. С.П.Королёв, С.П. Задруцкий, В.М. Михайловский, М.И.Анискович. Флюс для переплава ломов, стружечных и шлаковых отходов алюминийсодержащих сплавов. Ж. «Литейщик России». №2, 2008г.

11. В.Б.Деев. Влияние температурных условий плавки и наследственности шихты на свойства алюминиевых сплавов. Ж. Литейщик России №2. 2008г.

12. Чернышов Е.А. Литейные сплавы и их зарубежные аналоги: Справочник / Е.А.Чернышов – М.: Машиностроение, 2006. – 336 стр.

13. Колачёв Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для вузов. – 4-у изд., перераб и доп. – М.:»МИСиС», 2005 -432 с.

4.1.Алюминий, общая характеристика и взаимодействие с другими элементами

Впервые металлический алюминий был получен в 1825 г. Датским учёным

Эрстедом из глинозёма электролизом. Своё название он получил от латинского названия квасцов (алюмен), извлекаемых из глинозёма.

В 1854-1855гг. на Парижской выставке алюминий был представлен как «серебро» из глины. Промышленный способ изготовления алюминия был разработан французским учёным Девилем. В то время было получено всего 25 кг. алюминия. Наполеон 111 обратил внимание на новый металл и финансировал работы по освоению его производства. Ценился он в то время на уровне серебра. На одном из приёмов у императора наиболее почётные гости были удостоены чести есть алюминиевыми ложками и вилками, а гости «попроще» довольствовались обычными золотыми и серебряными приборами.

После разработки промышленных способов производства алюминий получил широкое применение в технике.

По распространённости в природе алюминий занимает первое место среди металлов. В земной коре его содержится около 8,8%. По объёму производства алюминий и его сплавы в настоящее время занимает второе место после железа и его сплавов. Широкое распространение в технике алюминиевые сплавы получили благодаря весьма ценному комплексу физико-механических свойств.

Чистый алюминий серебристо-белый металл, плотность его 2,7 г/см³, аллотропических изменений он не претерпевает. Электропроводность алюминия составляет 65,5% от электропроводности меди. Алюминий обладает гранецентрированной кубической решёткой. Температура плавления алюминия 660°С, температура кипения—2500°С, давление пара 10-6 Па. Удельная теплоёмкость [0,90 кДж/(кг·К)] и скрытая теплота плавления алюминия (405 Дж/г) значительно выше, чем у других металлов, поэтому для плавки алюминия и его сплавов требуются затраты большого количества теплоты. Алюминий обладает высокой пластичностью (относительное удлинение до 50-60%), прочность при растяжении до 60 МПа, твёрдость -25 НВ (удельная прочность-2 км).

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью в концентрированной азотной кислоте, морской и пресной воде, в органических кислотах и не взаимодействует с пищевыми продуктами. Концентрированная азотная кислота не растворяет алюминий, а разбавленная разрушает очень быстро. Слабые растворы серной кислоты мало действуют на алюминий, но с повышением температуры скорость коррозии возрастает. Соляная и плавиковая кислота быстро растворяют алюминий.

Алюминий легко растворяется в щелочах. Алюминий устойчив во многих органических кислотах. Благодаря защитной окисной плёнке алюминий устойчив на воздухе даже в условиях влажного климата.

Алюминий хорошо полируется, анодируется, обладает хорошей отражательной способностью, приближающейся к отражательной способности серебра. Он отражает до 90% падающей на него световой энергии.

Алюминий – химически активный металл. На воздухе он быстро окисляется ввиду большого сродства с кислородом и покрывается тонкой и прочной плёнкой оксида Al2O3, защищающей алюминий от дальнейшего окисления. Алюминий интенсивно взаимодействует с кислородом, при нагревании горит с выделением значительного количества тепла (температура алюминия при горении в атмосфере кислорода достигает 3000ºС.).

Чистый алюминий используется при алюмотермии для получения металлов, обладающих меньшим сродством к кислороду (титана, молибдена, цинка и др.).

Благодаря высокой электропроводности и малому удельному весу (плотности) алюминий широко применяется в качестве электропроводов (высоковольтные кабели), в пищевой промышленности для изготовления различного вида контейнеров, ёмкостей для хранения газов, кислот, воды, применяется для изготовления высокоэффективных зеркал.

Мировое производство алюминия в 2004 г. составило более 20 млн.т. в России –

более 3,3 млн. т.

Основное производство алюминия в России сосредоточено в Сумгаите, Иркутске, Красноярске, Братске, на Урале, и др.

Алюминий широко применяют для изготовления оборудования и аппаратов для пищевой промышленности. Большое количество алюминия идёт на изготовления пищевой фольги. Резко возросло применение алюминия для отделки зданий и спортивных сооружений. В качестве конструкционных материалов и фильтров в последнее время применяется вспененный алюминий.

Наиболее широко алюминий применяется в авиации, автостроении, моторостроении, а также при изготовлении взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол и др.).

К настоящему времени отмечаются значительные достижения в области создания новых алюминиевых сплавов, усовершенствования технологии плавки, литья, термообработки и деформации. Прочность алюминиевых литейных сплавов достигает до 550 МПа, а деформируемых—до 750 МПа.

Алюминиевые сплавы широко применяются в транспортном машиностроении (авиации, ракетостроении, автостроении, вагоно - и - судостроении и др.). 90% массы современных самолётов состоит из алюминиевых сплавов. На 1 автомобиль приходится 124 кг. деталей из алюминиевых сплавов. Значительное количество алюминиевых сплавов применяется в строительстве (хранилища, мосты, здания и др.), нефтяной промышленности (морские платформы, нефтепроводы, трубы, танкеры), электротехнике (кабели, проволока) и других отраслях промышленности. Объём производства алюминия и его сплавов постоянно возрастает.

Основное количество алюминия идёт на приготовление сплавов и для легирования цветных и чёрных металлов.

Отечественная промышленность в соответствии с ГОСТ 11069-2001 выпускает 13 марок первичного алюминия, отличающихся содержанием примесей. В зависимости от содержания примесей различают алюминий трёх сортов: особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995-А95) и технической чистоты (А85-А0). 1 сорт алюминия предназначается для специальных целей (химическая аппаратура и т.п.).11 сорт—проводники, фольга, пищевая посуда, специальная лигатура. 111 сорт—лигатуры, шихтовые материалы, алюминотермия, изделия ширпотреба. Алюминий выпускают в виде чушек массой 5, 15, 1000 и 2000 кг. Маркировка состоит из буквы А и числа, указывающего на содержание алюминия в долях процента. Например, алюминий марок А995, А7 и А0 содержит алюминия соответственно 99,995;99,70 и 99,0% алюминия.

Основными вредными примесями алюминия являются кремний и железо. С железом алюминий взаимодействует с образованием нескольких химических соединений, из которых основным является FeAl3. При концентрации 1,8% железа между алюминием и соединением FeAl3 образуется эвтектика при 655°С. Растворимость железа в твёрдом алюминии при температуре ниже 400°С практически равна 0, поэтому в двойных сплавах железо – алюминий железо присутствует в виде фазы FeAl3.

С кремнием алюминий также образует эвтектику при 577°С. Эвтектика содержит 12,5% кремния. Растворимость кремния в алюминии при эвтектической температуре составляет 1,65%, при 20°С—0,01% (рис.1). Растворяясь в алюминии, кремний несколько упрочняет его, незначительно снижая при этом пластические свойства.

Рис.1. Диаграммы состояния системы Al- Fe, Al-Si.

При одновременном присутствии железа и кремния образуются сложные тройные соединения.

Примеси железа и кремния оказывают вредное влияние на алюминий, снижают его коррозионную стойкость и пластические свойства, повышается твёрдость, снижается электропроводность. В процессе плавки содержание этих примесей повышается из-за взаимодействия с футеровкой и плавильным инструментом.

Особенно вредное воздействие оказывают на алюминий натрий и кальций. Эти примеси снижают коррозионную стойкость алюминия, повышают содержание в нём газов при выдержке расплава во влажной атмосфере, приводят к образованию рыхлых оксидных плёнок, замешивающихся в расплав.