Что такое алюминий? Обзор материала и рекомендации по проектированию

Алюминий , также известный как Алюминий , является наиболее используемым цветным металлом благодаря своим уникальным свойствам, отсутствующим у железосодержащих металлов. Понимание его характеристик и правильный выбор марки, метода обработки и термообработки имеют решающее значение при проектировании изделий. Давайте ’изучим различные типы и свойства алюминия.

Основные характеристики алюминия

Алюминий обладает рядом превосходных характеристик, включая: малый вес, высокую прочность, коррозионную стойкость, хорошую обрабатываемость, высокую теплопроводность, высокую электропроводность, возможность вторичной переработки, ненамагничиваемость, устойчивость к низким температурам, отражение тепла и света, привлекательный внешний вид и нетоксичность.

Легкий

Алюминий имеет удельный вес (плотность) около 2,7, что примерно в три раза меньше, чем у стали. Его малый вес делает его очень востребованным в таких отраслях, как транспорт (самолеты, спутники и поезда на магнитной подушке), строительство и электроника (мобильные телефоны).

Сильный

Сплавление чистого алюминия с другими металлами может повысить его удельную прочность. Сплавы серии 7000, подвергнутые термообработке с добавлением цинка и магния, обладают высокой прочностью. Например, сплав А7075 (сверхпрочный дюралюминий) широко используется в авиационных деталях.

Устойчивая к коррозии

Алюминий легко реагирует с кислородом, образуя на своей поверхности плотную оксидную пленку, которая действует как защитный слой и предотвращает коррозию. Высокая коррозионная стойкость делает его идеальным для применения в судоходстве, судостроении и архитектуре. Также имеются сообщения о том, что даже после 30 лет эксплуатации в районах, подверженных морскому бризу, проблем не возникало.

Рабочий

Алюминий обладает высокой пластичностью, что делает его пригодным для различных методов обработки. Его низкая температура плавления и хорошие литейные свойства делают алюминий идеальным для литья. Он легко поддается резке и сварке, что позволяет создавать широкий спектр форм — от тонкостенных конструкций, таких как фольга, до сложных форм.

Высокая теплопроводность

Алюминий ’его теплопроводность составляет примерно три раза больше, чем у железа, что делает его идеальным для использования в автомобильных радиаторах, теплообменниках и радиаторах электронных устройств.

Высокая электропроводность

Алюминий проводит в два раза больше тока, чем медь того же веса. Это свойство, в сочетании с его легким весом, делает его привлекательным материалом для линий электропередач. Это помогает увеличить расстояние между опорами и снизить затраты.

Перерабатываемый

Алюминий не подвержен легкому разрушению, даже при длительном использовании, и имеет низкую температуру плавления, что позволяет легко перерабатывать его путем расплавления после использования. Переработка алюминия требует лишь 3% энергии, необходимой для производства новых изделий, а качество переработанного алюминия почти эквивалентно качеству нового материала.

Немагнитные

Алюминий является немагнитным и не подвержен влиянию магнитных полей. Это свойство делает его пригодным для использования в параболических антеннах, медицинском оборудовании, магнитных компасах и продуктах, связанных с сверхпроводимостью. Он также дешевле других немагнитных материалов, таких как золото, серебро и медь.

Устойчив к низким температурам

Даже при чрезвычайно низких температурах, таких как жидкий азот (-196 °F) и жидкий кислород (-183 °F), алюминий сохраняет свою прочность и может даже увеличивать её. Это свойство делает его пригодным для использования на установках низких температур, резервуарах СПГ (сжиженного природного газа), космических исследованиях и биотехнологиях.

Отражает тепло и свет

Алюминий обладает способностью отражать инфракрасные, ультрафиолетовые и электромагнитные волны. Повышение его чистоты или нанесение зеркальной поверхности дополнительно увеличивает отражающую способность, что делает его пригодным для использования в отражателях нагревателей, космических скафандрах и полигональных зеркалах.

Визуально привлекательный

Алюминий обладает естественной красотой, которую можно дополнительно усилить поверхностной обработкой, например анодированием. Его также можно окрашивать с помощью электролитического окрашивания, что делает его подходящим для использования в наружной отделке зданий и упаковочных материалах.

Нетоксичный

Алюминий не вступает в реакцию с пищевыми продуктами и нетоксичен. Даже при попадании в организм более 99% выводится из него, не причиняя вреда почве. Он широко используется в упаковке для пищевых продуктов и лекарств, а также в медицинских приборах.

Соображения при использовании алюминия

Хотя алюминий обладает многими отличительными свойствами, существуют и некоторые аспекты, требующие внимания:

Меньшая прочность по сравнению со сталью

Хотя алюминий обладает отличной удельной прочностью, его прочность ниже, чем у стали. Он подходит для мягких и гибких конструкций, таких как крылья самолетов, но может быть непригоден для деталей, требующих высокой прочности, например шестерен.

Учет коррозии

Хотя алюминий устойчив к ржавлению, он может подвергаться коррозии в соленой среде или при контакте с разнородными металлами. Для предотвращения коррозии может потребоваться анодирование.

Высокий коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения алюминия почти вдвое превышает показатель железосодержащих материалов. Детали, подвергающиеся значительным термическим нагрузкам и многократно нагреваемые и охлаждаемые, могут страдать от усталостного разрушения вследствие тепловых напряжений.

Отсутствие предела выносливости

В отличие от черных металлов, алюминий не имеет предела выносливости —нижний предел напряжения, при котором усталость металла не возникает. Поэтому при проектировании необходимо сравнивать переменные напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, с диаграммой SN, чтобы обеспечить отсутствие проблем с прочностью, даже если в течение срока службы изделия появятся трещины.

Сложность сварки

Алюминий ’оксидная пленка алюминия имеет высокую температуру плавления около 3632 °F, поэтому перед сваркой её необходимо удалить. Кроме того, высокая теплопроводность и низкая температура плавления алюминия означают, что тепло при сварке быстро передаётся к основному металлу, что может привести к его выпадению. Сварка алюминия требует тщательного контроля скорости движения сварочного горелки. Для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать компанию с проверенной репутацией в области сварки алюминия. ’для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать компанию с проверенной репутацией в области сварки алюминия.

Типичные виды алюминия

Чистый алюминий обладает низкой прочностью, поэтому обычно добавляются другие металлы для получения сплава. Добавляя в алюминий железо, цинк, магний, медь и т.д., можно создавать разнообразные типы сплавов.

Промышленные алюминиевые материалы в целом делятся на деформируемые алюминиевые сплавы и литейные алюминиевые сплавы в зависимости от назначения конечного продукта ’деформируемые алюминиевые сплавы могут обрабатываться путем пластической деформации, в то время как литейные алюминиевые сплавы используются для литья. Давайте рассмотрим виды деформируемых алюминиевых сплавов. ’деформируемые алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы

• алюминиевый сплав 1050

алюминиевый сплав 1050 (1050 AA) — это типичный сплав чистого алюминия. Несмотря на низкую прочность, он обладает отличной обрабатываемостью и коррозионной стойкостью, что делает его подходящим для декоративных изделий и линий электропередачи.

• алюминиевый сплав 2017

алюминиевый сплав 2017 (2017AA), также известный как дуралюмин, имеет низкую коррозионную стойкость, но высокую прочность, что делает его пригодным для использования в самолетах, автомобилях и механических деталях.

• алюминиевый сплав 2024

алюминиевый сплав 2024 (2024 AA), или сверхдуралюмин, обладает более высокой прочностью по сравнению с 2017 AA.

• алюминиевый сплав 5052

алюминиевый сплав 5052 (5052 AA) обладает отличной коррозионной стойкостью, технологичностью и свариваемостью, что делает его самым распространённым алюминиевым сплавом. Используется для изготовления рам и деталей из листового металла .

• сплав алюминия 6061

алюминиевый сплав 6061 (6061 AA) — это алюминиевый сплав с превосходной коррозионной стойкостью. Термическая обработка, такая как закалка T6, дополнительно повышает его устойчивость к коррозии.

• 6063 алюминиевый сплав

алюминиевый сплав 6063 (6063 AA) — это алюминиевый сплав с отличной коррозионной стойкостью и свойствами поверхностной обработки, в основном используемый в экструдированных изделиях, таких как алюминиевые профили и электротехнические материалы.

• алюминиевый сплав 7075

алюминиевый сплав 7075 (7075 AA), или сверхпрочный дюралюминий, обладает наивысшей прочностью среди алюминиевых сплавов. Широко используется в авиации и играет важную роль в строительстве летательных аппаратов, включая значительный вклад в повышение их боевых характеристик во время войны.