История развития алюминиевой промышленности

Физико-химические характеристики

Для практических целей важны следующие свойства алюминия:

• Теплопроводность (выше только у меди и серебра).
• Легкость, пластичность.
• Электропроводность (впереди только медь, золото и серебро).
• Неуязвимость к коррозии. Это свойство обеспечивает прочная пленка-оксид, которой на воздухе покрывается металл. Дальше он не окисляется. Взаимодействие с металлами, кислотами, водой нулевое. При удалении пленки химическая активность восстанавливается.
• Холодостойкость (на морозе не становится хрупким).

Свойства атома
Название, символ, номер	Алюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок	13, 3,
Атомная масса (молярная масса)	26,9815386(8) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	3s2 3p1
Электроны по оболочкам	2, 8, 3
Радиус атома	143 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	121 ± 4 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса	184 пм
Радиус иона	51 (+3e) пм
Электроотрицательность	1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,66 В
Степени окисления	0; +3
Энергия ионизации	1‑я: 577,5 (5,984) кДж/моль (эВ) 2‑я: 1816,7 (18,828) кДжмоль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фаза	Твёрдое вещество
Плотность (при н. у.)	2,6989 г/см³
Температура плавления	660 °C, 933,5 K
Температура кипения	2518,82 °C, 2792 K
Уд. теплота плавления	10,75 кДж/моль
Уд. теплота испарения	284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,35 24,2 Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,050 Å
Температура Дебая	394 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука	5200 м/с
Номер CAS	7429-90-5

Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %

Минералы, месторождения…а самородный алюминий?

Запасы алюминия в природе огромны. Среди металлов он держит первое место по распространенности. Но «общительность», активность элемента привела к тому, что в чистом виде металл практически отсутствует.

Производство алюминия в миллионах тонн

Минералов, содержащих алюминий, много:

• бокситы;
• глиноземы;
• полевые шпаты;
• нефелины;
• корунды.

Так что добыча алюминиевого сырья не составляет большого труда.

Если все запасы на Земле истощатся (что сомнительно), то алюминий можно добывать из морской воды. Там его содержание составляет 0,01 мг/л.

Кто захочет увидеть самородный алюминий, тому придется опускаться в жерла вулканов.

Происхождением такой металл из самых глубин нашей планеты.

Вторичный алюминий

Новый (технологический) и старый (бывший в употреблении) алюминиевый лом является исходной шихтой для производства вторичного алюминия. Так называемые «вторичные плавильщики» смешивают старый лом или технологический алюминиевый лом и получают так называемые вторичные алюминиевые сплавы. Эти сплавы поставляются на литейные предприятия в виде слитков для переплавки или как жидкий металл. Эти литейные предприятия производят алюминиевую продукцию в виде отливок, которые находят широкое применение, например, в автомобилестроении. Вторичный алюминий идет также на изготовление чушек, прутков и гранул для раскисления стали.

Отсортированный алюминиевый лом, который состоит из деформируемых сплавов, снова можно применять на предприятиях по производству “полуготовой” алюминиевой продукции – полуфабрикатов. Примером этого является алюминиевые банки для пива и прохладительных напитков, которые очень широко перерабатываются во всем мире.

Лом алюминиевых банок

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.
Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф. Для измерения низких концентраций CO₂ (а также CO) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе.

Машины и оборудование

Отопительные и вентиляционные системы

Алюминиевые сплавы серий 3000, 5000 и 6000 обладают хорошей термической проводимостью. В комбинации с высокой прочностью эти сплавы являются хорошим выбором для применения в системах обогрева и вентиляции. Эти системы включают следующие компоненты, в которых применяют алюминиевые сплавы:

• компрессоры;
• конденсеры/испарители;
• расширительные клапаны;
• вентиляторы;
• трубы.

Свойства алюминия, которые важны для отопительных и вентиляционных систем:

• высокая теплопроводность;
• высокий контактный коэффициент;
• малая плотность;
• высокая коррозионная стойкость.

Виноград сорта «Кеша» — достоинства и недостатки, особенности ухода

Потребление в промышленности и жизни

На рисунке ниже показаны восемь секторов промышленности и строительства, в которых применение алюминия происходит особенно активно. Процентные доли по различным секторам промышленности в общем потреблении представлены по статистическим данным Международного Института алюминия за 2007 год. С тех пор, думается, картина в целом не изменилась, и эти данные вполне актуальны.

Применение алюминия в готовой промышленной продукции

Основными отраслями промышленности, которые активно применяют алюминий, являются:

• Строительство
• Упаковывание продукции
• Электрическая промышленность
• Транспортное машиностроение
• Производство машин и оборудования
• Производство товаров для повседневной жизни
• Порошковая металлургия
• Раскисление стали в черной металлургии

Фигура из искусственной травыБык

Дюралюмины во второй половине 20-го века

В послевоенный период группа этих сплавов значительно пополнилась. Были получены более прочные сплавы для заклепок (В65 и Д19П), теплопрочные сплавы общего назначения (ВД17 и Д19). был разработан свариваемый дуралюмин ВАД-1.

Принцип безопасно повреждаемых конструкций потребовал повышения характеристик надежности, в частности вязкости разрушения материалов, из которых изготавливают деталей длительного ресурса работы. В 70-х годах были разработаны сплавы повышенной чистоты — Д16ч, Д19ч, Д1ч — с увеличенной на 10—15% вязкостью разрушения. В этих сплавах, аналогичных Д16, Д19 и Д1 по основным легирующим элементам, снижено допустимое содержание примесей железа и кремния, что уменьшило количество нерастворимых избыточных фаз в сплаве и увеличело вязкость разрушения.

Повышение вязкости разрушения в сплаве 1163 на 10—15 % по сравнению со сплавом Д16ч достигнуто в результате дальнейшего уменьшения количества нерастворимых, а также растворимых избыточных фаз. Этот сплав применен в виде длинномерных плит для обшивок крыльев, а также крупногабаритных плит толщиной до 90 мм (в том числе в искусственно состаренном состоянии).

Химические свойства алюминия

С точки зрения химии, рассматриваемый металл — сильный восстановитель, который способен проявлять высокую химическую активность, будучи чистым веществом. Главное — это устранить оксидную пленку. В этом случае активность резко возрастает.

Химические свойства алюминия как простого вещества определяются его способностью вступать в реакции с:

• кислотами;
• щелочами;
• галогенами;
• серой.

С водой он не взаимодействует при обычных условиях. При этом из галогенов без нагревания реагирует только с йодом. Для остальных реакций нужна температура.

Можно привести примеры, иллюстрирующие химические свойства алюминия. Уравнения реакций взаимодействия с:

• кислотами — AL + HCL = AlCL3 + H2;
• щелочами — 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3Н2;
• галогенами — AL + Hal = ALHal3;
• серой — 2AL + 3S = AL2S3.

В целом, самое главное свойство рассматриваемого вещества — это высокая способность к восстановлению других элементов из их соединений.

История развития производства алюминия в России

Подробности

Опубликовано 19.07.2012 14:06

Просмотров: 4590

История развития производства алюминия в России своими корнями уходит в первую половину XX века. Для того чтобы организовать производственный процесс, нужно было иметь недорогое сырье и дешевую электроэнергию. Несмотря на то, что алюминий считается третьим химическим элементом и первым металлом по распространенности в природе после кислорода и кремня, получить его в чистом виде было сложно. Впервые получить его в чистом виде удалось датскому физику Х. Эрстеду в 1925 году. Именно он подразделил процесс производства первичного алюминия на три этапа:

1. добыча основного природного сырья: бокситов, нефелинов и алунитов (минералы, содержащие соединения алюминия) из глин, полевых шпатов, слюды и другой руды;2. химическая обработка руды с получением глинозема(Al2O3 — оксида алюминия);3. получение первичного алюминия из глинозема путем его электролиза.Необходимо отметить, что основным сырьем из которого получают глинозем являются бокситы (32-60% ). Основные месторождения в России — это Северо- Уральские бокситовые рудники, Южно- Уральские, Тихвинские, Средне-Тиманские. Небольшие месторождения обнаружены и на территории республики Коми. Однако собственные запасы не покрывают потребностей крупных производителей алюмиия. Поэтому некоторая часть руды импортируется из за рубежа.Несмотря на невысокую добычу руды в стране, благодаря Тихвиским месторождениям, в 1930 году в Санкт- Петербурге стали проводится первые экперименты по получению первичного алюминия. И в 1932 году по результатам этих работ был открыт первый завод по производству алюминия — Волховский алюминиевый завод. Первая партия продукции, полученной 14 мая 1932 года стала «днем рождения» алюминиевой промышленности в России. В то же десятилетие был открыт Днепропертовкийалюминиевый завод на Украине, Бокситогорский глиноземный завод на базе Тихвинского месторождения и Уральский алюминиевый завод в Северо- Уральском бокситовом районе.В годы Великой отечественной войны были открыты Богословский и Новокузнецкий заводы и увеличена мощность существующих производств, ввиду возросших потребностей в металле. В послевоенные годы алюминиевая промышленность продолжала развиваться и уже во вторую половину XX века действовали Кандалакшкий, Волгоградский, Надвоицкийалюминиевые заводы, Самарский металлургический и Пикалевский глиноземный заводы, Белокалитвинскоеметаллургическое производственное объединение. А также Красноярский, Иркутский, Братский алюминиевые заводы, Николаевский глиноземный, Саянский алюминиевый и Красноярский металлургический предприятия. Россия получила звание «алюминиевой сверхдержавы» благодаря высокому производству и экспорту алюминия на мировой рынок.Сегодняшнее производство металла пало на три основные алюминиевые компании: «РУСАЛ — Управляющая компания», » СУАЛ- Холдинг», » Алко Россия», которые стали основными представителями России на мировом рынке. Развитие производства алюминия и по сей день не стоит на месте. Благодаря разработкам Сибирского научно- исследовательского, конструкторского и проектного института алюминиевой и электродной промышленности были созданы новейшие технологии по производству алюминия, которые способствовали повышению эффективности производственного процесса и, как следствие, снижению себестоимости на готовый металл и изделия из него. Сегодня эти технологии с успехом практикуются на заводах известных мировых производителей.

Строение атома алюминия

Относительная атомная масса равна 27. Количество протонов (p) и электронов (e) одинаково, его указывает порядковый номер: 13. Нейтроны равны разности относительной атомной массы алюминия и номера элемента в таблице Д. И. Менделеева: 27-13=14.

Атом состоит из ядра, с зарядом +13, и 3 электронных оболочек. Все положительные протоны находятся в ядре, а электроны распределены по 3 уровням. На первом – 2, втором – 8, на третьем – 3 валентных частицы.

Электронная формула алюминия представлена на рисунке ниже. 

Но в возбужденном состоянии валентные электроны третьего подуровня s перемещаются на внешний p уровень.

Провода и кабели

Высокая электрическая проводимость марок алюминия серии 1000, а также алюминиевых сплавов серии 8000, делает их весьма подходящими для изготовления электрических проводников. Алюминиевые проводники применяют в следующих случаях:

• распределительные электрические подстанции;
• силовые системы высотных зданий;
• высоковольтные линии электропередач;
• большинство подземных линий электропередач;
• силовые кабели для промышленного применения.

Большая часть алюминия в электротехнической промышленности применяется в виде кабелей (8 из 13 %). Однако его применяют также и в виде электрических шин для оборудования с большой силой тока, а также для питания электричеством больших зданий. Кроме того, кабели для промышленных, торговых и жилых зданий могут содержать много изолированных проводников, которые помещают в общий защитный алюминиевый рукав.

Требования к алюминию, который применяется для электротехнических приложений:

• приемлемая стоимость;
• достаточно высокая электрическая проводимость;
• коррозионная стойкость;
• прочность.

Различия по насыщенности

Алюминиевая руда представляет собой горную породу, из которой добывают металл. Алюминий не существует в чистом виде в природе, это химический элемент, который можно найти во многих соединениях, но различной насыщенности. По причине наибольшей рентабельности в настоящее время добыча алюминия производится из бокситов, алунитов и нефелинов.

Наибольшую концентрацию оксида алюминия содержат бокситы (50 % и более). Они являются главным источником глинозема, то есть основного сырья, из которого производится алюминий.

На втором месте по концентрации алюминия в составе находятся алуниты, которые содержат до 40 % глинозема.

На третьей позиции обосновались нефелины. Они представляют собой щелочное образование, которое содержит до 25 % глинозема.

Все остальные соединения содержат глинозем в меньшей концентрации, и нерентабельны в процессе добычи алюминия.

Дюралюминий — это… Что такое Дюралюминий?

Дюралюми́ний — торговая марка одного из первых упрочняемых старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами являются медь (4,5 % массы), магний (1,6 %) и марганец (0,7 %). Типовое значение предела текучести составляет 450 МПа, однако зависит от состава и термообработки.

Названия

Фирменное название дюра́ль (Dural) в русском языке стало по преимуществу разговорным и профессионально-жаргонным. Иногда встречаются также старая (основная до 1940-х) форма дуралюми́ний и англизированные варианты дуралюми́н, дюралюми́н, дюралеалюми́ний. Название происходит от немецкого города Дюрен, нем. Düren, где в 1909 году было начато его промышленное производство.

Дюралюминий разработан германским инженером-металлургом Альфредом Вильмом (Alfred Wilm), сотрудником металлургического завода Dürener Metallwerke AG. В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура закалки 500 °C), находясь при комнатной температуре в течение 4—5 суток, постепенно становится более твердым и прочным, не теряя при этом пластичности. Дальнейшие эксперименты со сплавами этой системы привели к освоению в 1909 году заводом Dürener Metallwerke сплава дюралюминия. Обнаруженное Вильмом старение алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до 350—370 МПа по сравнению с 70—80 МПа у чистого алюминия. Распространённые в Европе (Швейцария и Великобритания) алюминиевые сплавы марок Avional и Hiduminium являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других производителей.

Дуралюминами называют сплавы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1, однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.

Свойства и применение

Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации и космонавтике, а также в других сферах с высокими требованиями к весовой отдаче.

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, с 1911 года — более широкое применение. Состав сплава и термообработка в годы Первой мировой войны были засекречены. Благодаря высокой удельной прочности дюралюминий начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава 2500—2800 кг/м³, температура плавления около 650 °C. Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твёрдостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного — при 20 °C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием дюралюмины. В их число входят сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450—500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150—175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения.

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость, изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Листы дюралюминов, как правило, плакируют чистым алюминием.

Интересные факты

В конце 1930-х годов правление фирмы Dürener Metallwerke AG и исследовательские лаборатории располагались в Берлине, район Борзигвальде. Здесь в начале 1940-х годов разрабатывались деформируемые высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg, нашедшие применение в самолетостроении Германии в период до 1945 года, в частности сплав Hydronalium Hy43 (1940) состава Al — 4,5Zn — 3,5Mg — 0,3Mn — 0,4Cu разработки Института DVL, на который к 1944 г. Министерством авиации RLM выпущена спецификация Flw3.425.5.

Ссылки

1. ↑ Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54
2. ↑ A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225-27
3. ↑ Алюминиевые сплавы.- В кн.: Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г. П. Свищев. — М.: Науч. изд-во «Большая рос. энцикл.» : Центр. аэрогидродинам. институт им. Н. Е. Жуковского, 1994. — 736 c.: ил. ISBN 5-85270-086-X
4. ↑ Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, N 9, s. 337—343

Авиация

На современном этапе развития дозвуковой и сверхзвуковой авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении.

В авиации США широко применяются сплавы серии 2ххх, Зххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких рабочих температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх — для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии Зххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло-и топливных системах.

В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu. Они являются конструкционным материалом для обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль и др.). Сплав 1420, принадлежащий системе Al-Zn-Mg, используют при конструировании сварного фюзеляжа пассажирского самолета. При изготовлении гидросамолетов предусмотрено применение свариваемых коррозионностойких магнолиевых сплавов (AМг5, АМг6) и сплавов Al-Zn-Mg (1915, В92, 1420).

Рисунок 1 – Гражданский самолет

Бесспорное преимущество имеется у свариваемых алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой про-дольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов (2219 и др.) следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.

Сплав 1460 принадлежит системе Al-Cu-Li и является более перспективным для проектирования и изготовления баковых конструкций применительно к криогенному типу топлива – сжатому кислороду, водороду или природному газу.

DSG против Aisin

Непросто будет определиться и при выборе коробки передач подержанной VW Jetta 6. Понятное дело, что всем хочется беспроблемный автомобиль с автоматической трансмиссией, но здесь придётся расставлять приоритеты. Либо вы берёте надёжный «овощ» в виде 1.6 с традиционной АКПП AISIN 09G, либо рискуете на всю катушку, покупая «турбину на роботе».

Робот DSG

Думаю, про DSG-7 (DQ200) много рассказывать не надо. По большому счёту, коробка имеет три основных слабых места: сцепление, мехатроник, вилки переключения. Сдвоенные сцепления в зависимости от манеры езды и периодичности проведения адаптаций живут от 50 до 130 тысяч км. Мехатроник более живучий, но дорогой и тоже требует калибровки. Вилки ломаются гораздо реже, однако ремонт также обходится в копеечку.

Блок мехатроника

Если вы любите динамичные разгоны, не собираетесь обновлять пришивки, делать какие-то там адаптации и вообще думаете, что DSG это такой же «автомат», как и все остальные, то «робот» станет для вас стабильной дорогостоящей проблемой. Возьмите лучше надежный 6-ступенчатый АКПП. Аккуратным, технически подкованным владельцам DSG-7 может служить по 150 ткм без крупных вложений.

Чем мне нравится DSG, так это возможностями диагностики. Можно проверить многое, в том числе и рассчитать примерный остаток сцеплений

Что уж говорить про механическую коробку. Проблем с ней почти не бывает, однако стоит следить за сальниками приводов, так как те имеют привычку «сопливить», особенно в морозы. Течь лучше лечить сразу, пока КПП не потеряла смазку.

Течь сальника привода МКПП

Часть владельцев отмечают, что родное сцепление VW Jetta 6 слабоватое – его легко «поджечь» и ресурс фрикциона зачастую составляет менее 150 ткм. Так или иначе, это не 60 тыс.руб на замену сцеплений для DSG.

Получение и применение алюминия

Алюминий достаточно трудно выделить из природных соединений химическим способом, что объясняется высокой прочностью связей в оксиде алюминия, поэтому, для промышленного получения алюминия применяют электролиз раствора глинозема Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆. В результате процесса алюминий выделяется на катоде, на аноде — кислород:

2Al2O3 → 4Al + 3O2

Исходным сырьем служат бокситы. Электролиз протекает при температуре 1000°C: температура плавления оксида алюминия составляет 2500°C — проводить электролиз при такой температуре не представляется возможным, поэтому оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите, и уже затем полученный электролит используют при электролизе для получения алюминия.

Применение алюминия:

• алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов в автомобиле-, самолето-, судостроении: дюралюминий, силумин, алюминиевая бронза;
• в химической промышленности в качестве восстановителя;
• в пищевой промышленности для изготовления фольги, посуды, упаковочного материала;
• для изготовления проводов и проч.

Дуралюминий — это… Что такое Дуралюминий?

Дюралюми́ний — Торговая марка одного из первых упрочняемых старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами являются медь (4,4% массы), магний (1,5%) и марганец (0,5%). Типовое значение предела текучести составляет 450 МПа, однако зависит от состава и термообработки.

Названия

Фирменное название дюра́ль (Dural) в русском языке стало по преимуществу разговорным и профессионально-жаргонным. Иногда встречаются также старая (основная до 1940-х) форма дуралюми́ний и англизированные варианты дуралюми́н, дюралюми́н, крайне редко также дура́ль. Название происходит от немецкого города Дюрен, нем. Düren, где в 1909 году было начато его промышленное производство.

Дюралюминий разработан германским инженером-металлургом Альфредом Вильмом (Alfred Wilm), сотрудником металлургического завода Dürener Metallwerke AG. В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4% меди после резкого охлаждения (температура закалки 500°С), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток постепенно становится более твердым и прочным, не теряя при этом пластичности. Дальнейшие эксперименты со сплавами этой системы привели к освоению в 1909 году заводом Dürener Metallwerke сплава дюралюминия. Обнаруженное Вильмом старение алюминиевых сплавов, позволило повысить прочность дюралюминия до 350-370 МПа по сравнению с 70-80 МПа у чистого алюминия. Распространённые в Европе (Швейцария и Великобритания) алюминиевые сплавы марок Avional и Hiduminium – являются близкими дюралюминию по составу сплавами других производителей.

Свойства и применение

Первое применение дюралюминия – изготовление каркаса дирижаблей жесткой конструкции, с 1911 года широкое применение. Состав сплава и термообработка в годы войны были засекречены. Благодаря высокой удельной прочности дюралюминий начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава 2500—2800 кг/м³, температура плавления около 650 °C. Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например поездов Синкансен) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твердостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500°C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного — при 20°C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием дюралюмины. В их число входят сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450—500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150—175°С) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения. Недостаток дюралюминов низкая коррозионная стойкость, изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Листы дюралюминов, как правило, плакируют чистым алюминием.

Интересные факты

В конце 1930-х годов правление фирмы Dürener Metallwerke AG и исследовательские лаборатории располагались в Берлине, район Борзигвальде. Здесь в начале 1940-х годов разрабатывались деформируемые высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg, нашедшие применение в самолетостроении Германии в период до 1945 г.

Ссылки

1. ↑ Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В.А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54
2. ↑ A. Wilm, Physikalisc-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225-27
3. ↑ Алюминиевые сплавы.- В кн.: Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. — М.: Науч. изд-во «Большая рос. энцикл.» : Центр. аэрогидродинам. институт им. Н.Е. Жуковского, 1994. — 736 c.: ил. ISBN 5-85270-086
4. ↑ Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, N 9, s. 337-343

Распространение в природе

По распространенности среди других элементов-металлов алюминий занимает первое место. Его в земной коре содержится 8,8 %. Если же сравнивать с неметаллами, то место его будет третьим, после кислорода и кремния.

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико.

Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл:

• полевые шпаты;
• бокситы;
• граниты;
• кремнезем;
• алюмосиликаты;
• базальты и прочие.

В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

[править] Распространение в природе

Алюминий по распространению в земной коре занимает третье место. Его содержание в литосфере согласно А. П. Виноградову 8,05 %. Глобальные запасы алюминия на Земле (в пределах ноосферы) составляют по данным US Geological Survey 2,9 · 1010 т (2012 г.).

В природе встречается исключительно в виде соединений, входит в состав 270 минералов. Наиболее распространенными из них являются двойные силикаты (полевые шпаты, слюды и др.) и продукты их выветривания — глины. С двойных силикатов важнейшие: калиевый полевой шпат или ортоклаз, натриевый полевой шпат или альбит, кальциевый полевой шпат или анортит, плагиоклаз (изоморфные смеси кальциевого и натриевого полевого шпата: олигоклаз, андезин, лабрадорит); слюды: биотит, мусковит, цинвальдит и лепидолит. Близки к полевому шпату нефелин и лейцит. Известны двойные силикаты кальция и алюминия — цоизит, эпидот и везувиан, двойной силикат магния и алюминия — кордиерит. Силикат алюминия встречается в виде минералов: кианита, силлиманита и андалузита. Из алюмосиликатов, содержащих фтор, можно отметить топаз.

Способы получения

Бокситная руда – это глинозем (45-58%) плюс соединения железа, титана, кремнезем. Ее транспортируют на обогатительную фабрику.

Для очистки глинозема применяют процесс К.И.Байера:

1. Руду загружают в автоклав, где нагревают с едким натром, охлаждают.
2. Отделяют твердый осадок.
3. Гидроокись осаждают, прокаливают.

На выходе получают оксид алюминия, то есть чистый глинозем. Его тестируют на калибровку и чистоту, затем превращают в алюминий.

Свойства алюминия делают невозможным применение классических для металлов способов восстановления.

Сегодня металл высвобождают способом, придуманным в конце XIX века (метод Холла-Эру).

Изучается возможность производства металлического алюминия через частичное  восстановление. Образуется карбид алюминия, который разлагают при 1950°С. По расчетам, он рентабельнее классического.

Из нефелинов попутно получают кальцинированную соду, поташ, цемент, удобрения.

СВОЙСТВА

Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

Технологические свойства дюрали

В зависимости от химического состава и применяемого метода изготовления технологические свойства дюрали могут существенно отличаться. ГОСТа именно для этого металла пока нет.

Среди технологических свойств следует отметить нижеприведенные моменты:

1. Низкая стоимость, которая обуславливается простой технологией производства. Тот момент, что компоненты не нужно разогревать до экстремально высоких температур определяет существенное удешевление материала. Также на стоимости благоприятно отражается возможность проведения производства в обычной среде.
2. Небольшой вес. Рассматривая химический состав можно отметить, что большая часть состава представлена алюминием. Этот металл известен своей легкостью.
3. Высокие показатели температуры плавления позволили использовать сплав дюраль при производстве различных элементов самолетов и другой техники. Температура плавления дюралюминия около 650 градусов Цельсия. При этом обычный алюминий плавится уже при более низких температурах, что приводит к изменению основных технологических качеств и деформации изделий.
4. Плотность дюралюминия составляет 2,5 грамма на кубический сантиметр (у стали на каждый кубический сантиметр приходится 8 грамм). Именно этот показатель определяет существенно снижение веса изготавливаемых деталей. Данный показатель может варьироваться в относительно небольшом диапазоне, достигать значения 2,8 грамм на кубический сантиметр.
5. Статическая прочность дюралюминия достаточно высока, что определяет устойчивость к разовой нагрузке. Именно поэтому сплав применяется при изготовлении различных ответственных деталей. Проведенные исследования указывают на то, что разрушить подобный материал довольно сложно.

Однако есть и один недостаток – относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Разрушение сплава блокируют путем нанесения защитного покрытия, что несколько повышает стоимость сплава.

Детали из дюрали

Дюралюминий Д16 получил достаточно широкое распространение. Отличные эксплуатационные качества он демонстрирует при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что уже при температуре 80 градусов Цельсия появляются признаки образования межкристаллической коррозии.

В последнее время в чистом виде дюралюминий практически не применяется. Это связано не только с высокой вероятностью появления коррозии, но и другими недостатками алюминиевого сплава. Для повышения эксплуатационных качеств сегодня выполняют следующее улучшение:

1. Закалку в естественных условиях. При маркировке указывается буква «Т».
2. Выполняют процедуру искусственного старения, что также отражается на маркировке «Т1».
3. Анодирование и покрытие поверхности специальными лаками (в маркировке указывают букву «А»).

Снижение коррозионной стойкости происходит не только по причине повышения температуры, но и механического воздействия

Именно поэтому уделяется внимание дополнительным процедурам увеличения эксплуатационных качеств

Более высокими эксплуатационными качествами обладает сплав под названием ВД95. Кроме этого, данная разновидность сплава проходит процедуру старения, за счет чего существенно повышается потенциал этой разновидности дюралюминия.

Пеллетная горелка: фото примеры, особенности устройства, как сделать самому