Aluminium

Потребительские свойства алюминия

admin 4339 Views

Алюминий и его сплавы обладают важными потребительскими свойствами, которые обеспечивают широкое их применение во многих областях человеческой деятельности.

Коррозионная стойкость

На поверхности алюминия всегда есть тонкая естественная оксидная пленка. Эта пленка прочно «сцеплена» с основным металлом. Поэтому она обеспечивает большинству алюминиевых сплавов значительное сопротивление коррозии во многих атмосферных и химических средах. Особенно отличаются в этом сплавы серий 1ххх, 3ххх, 5ххх и 6ххх.

Fig. 1 – The surface oxide film is natural source of corrosion protection [TALAT 1252] [1]

Теплопроводность

  • Алюминий и алюминиевые сплавы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность алюминиевых сплавов более чем в четыре раза выше, чем у углеродистых сталей.
  • Они начинают плавиться при значительно более низкой температуре, чем стали.
  • Температура плавления чистого алюминия составляет около 660 °С.
  • Алюминиевые сплавы в зависимости от степени легирования начинают плавиться при более низких температурах, например, при 515 °С для сплава 2017.  

Fig. 2 – Thermal Conductivity of Aluminium Compared with other Metals [TALAT 1501] [1]


Fig. 3 – Solidification of pure aluminium [TALAT 1201] [1]

Электропроводность

Чистый алюминий и некоторые его сплавы имеют очень высокую электропроводность (низкое электрическое сопротивление). Среди металлов, которые применяют в качестве проводников электричества, в этом они уступают только меди. Вместе с тем, на высоковольтных линиях электропередач обычно применяют именно алюминиевые провода. Они имеют большее поперечное сечение, чем эквивалентные медные провода, однако и  вдвое меньший вес. Это позволяет, в частности,  реже ставить опоры и уменьшать их высоту. 

Fig. 4 – Electrical Properties of Aluminium [TALAT 1501] [1]

Отношение прочности к весу

Высокое отношение прочность/вес (относительно высокая прочность при низкой плотности) определяет высокую эффективность алюминиевых сплавов как контрукционных материалов. Поэтому это открывает широкие возможности для замены алюминием более тяжелых металлов без потери несущей способности изделия или детали. Эта особенность алюминиевых сплавов в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью обеспечивает им широкое применение, например, в транспортном машиностроении (самолеты, автомобили, пассажирские вагоны).


Fig. 5 – Volume per Unit Weight [TALAT 1501] [1]

Алюминий при низких температурах

Алюминиевые сплавы, особенно сплавы серий 3ххх, 5ххх и 6ххх идеально подходят для работы при низких температурах. Многочисленные данные подтверждают, что их пластичность и вязкость,  также как и прочность, выше при отрицательных температурах, вплоть до абсолютного нуля, чем при «комнатной» температуре.    

Fig. 6 – Tensile Properties of 6061 Alloy Heat Treated, Artifically Aged [TALAT 1501] [1]

Технологическая обработка

Алюминиевые сплавы легко обрабатываются большинством известных технологий обработки металлов давлением и особенно легко поддаются экструзии. Экструзией называется процесс продавливания нагретого металла через матрицу, формирующую профили со сложным поперечным сечением. Это свойство алюминиевых сплавов дает возможность изготавливать из них экструдированные профили с практически неограниченным разнообразием форм поперечного сечения. Это позволяет располагать металл в тех местах и таким образом, чтобы обеспечивать профилю максимальную несущую способность под воздействием заданных нагрузок.

Fig. 7 – Single Stand Hot Mill [TALAT 1301] [1]

Fig. 8 – Forward or Direct Extrusion [TALAT 1302] [1]

Методы соединения алюминия

Детали из алюминиевых сплавов соединяют с помощью большого количества способов, включая, сварку, пайку, клепку, винтовые соединения. Сварка алюминия может показаться трудной  для тех, кто имеет опыт работы только со сталями и попытается перенести его на алюминий. Сварку алюминиевых сплавов считают  довольно легкой, когда применяют такие проверенные методы, как дуговая сварка плавящимся электродом (MIG) и вольфрамовым неплавящимся электродом (TIG) в среде инертного газа.    


Fig. 9 – Joining Systems for Thin-Walled Aluminium Components [TALAT 4101] [1]

Отражательная и эмиссионная способность

Излучательная способность – это легкость, с которой вещество излучает собственную тепловую энергию. Она тесно связана с отражательной способностью: наилучшая отражающая поверхность является самым плохим излучателем, и, наоборот, наихудшая отражающая поверхность является лучшим излучателем.

Обычный алюминий отражает около 75% падающего на него света и 90% теплового излучения. Однако коэффициент излучения того же алюминия является низким. Он составляет <10% от коэффициента излучения черного тела при той же температуре и в том же окружении. Комбинированные свойства высокой отражательной способности и низкой излучательной способности обуславливают использование алюминиевой фольги в качестве отражающей изолирующей среды [1].

Fig. 10 – Reflectivity and Emissivity of Aluminium with Various Surface Treatments [1501] [1]


Fig. 11 – Comparison of Reflectivity of Various Metals [1501] [1]

Рециклинг алюминия

Важной характеристикой алюминиевых сплавов является то, что их жизненный цикл  практически полностью замкнутю Они легко поддаются повторному использованию – рециклингу. В отличие от других конструкционных материалов, они перерабатываются почти в такую же высококачественную продукцию.


Fig. 12 – Aluminium Production from Scrap Recycling [TALAT 1100] [1]

Fig. 13 – Energy Needs for Primary and Recycled Aluminium.
Energy savings of up to 95% are achieved per tonne of aluminium produced from scrap compared to primary aluminium [2].

Источники:

  1. TALAT Lectures
  2. Aluminium Recycling in Europe The Road to High Quality Products – EAA/OEA Recycling Division