Gdzie w życiu codziennym występuje aluminium? Obszary zastosowań aluminium. Przemysł naftowy i chemiczny

„Skrzydlaty metal” jest jednym z najczęstszych w życiu codziennym i produkcji. Z aluminium powstają mosty, samochody, samoloty, a nawet smartfony.

Life.ru mówi o tym, gdzie jeszcze można zastosować aluminium.

Na niebie i w kosmosie

Aluminium po raz pierwszy „poleciało” w 1900 roku – w postaci ramy i śmigieł ogromnego sterowca LZ-1 Ferdinanda Zeppelina. Ale miękki, czysty metal był odpowiedni tylko dla powolnych samolot lżejszy od powietrza. Prawdziwie „skrzydlate” aluminium było już pięciokrotnie mocniejsze, ponieważ zawierało mangan, miedź, magnez, cynk w różnych procentach - niebo i przestrzeń podbiły odmiany duraluminium, stopu wynalezionego na początku XX wieku przez niemieckiego inżyniera Alfreda Wilma.

Materiał był obiecujący, ale miał też wiele ograniczeń – wymagał tzw. starzenia, to znaczy nie od razu zyskiwał tkwiącą w nim siłę, a dopiero z czasem. I nie dało się go spawać... A jednak podbój kosmosu rozpoczął się właśnie od duraluminium, z którego wykonano także kulę słynnego pierwszego sztucznego satelity Ziemi.

Znacznie później, u szczytu ery kosmicznej, zaczęły pojawiać się stopy i materiały na bazie aluminium o znacznie bardziej niezwykłych właściwościach. Na przykład przyjaźń aluminium z litem umożliwiła znacznie lżejsze części samolotów i rakiet bez zmniejszania wytrzymałości, a stopy z tytanem i niklem mają właściwość „hartowania kriogenicznego”: w zimnej przestrzeni kosmicznej ich plastyczność i siła tylko wzrasta. Powłoka promu kosmicznego Buran została wykonana z tandemu aluminium i skandu: płyty aluminiowo-magnezowe stały się znacznie bardziej rozciągliwe, zachowując jednocześnie elastyczność i podwajając temperaturę topnienia.

Bardziej nowoczesnymi materiałami nie są stopy, ale kompozyty. Ale nawet w nich podstawą jest najczęściej aluminium. Jeden z nowoczesnych i obiecujących materiałów lotniczych nazywany jest „kompozytem borowo-aluminiowym”, w którym włókna boru są zwijane w kanapkę z warstwami folii aluminiowej, tworząc wysokie ciśnienia i temperaturach, niezwykle trwały i lekki materiał. Na przykład łopatki turbin zaawansowanych silników lotniczych to pręty nośne z boru i aluminium pokryte tytanowym „płaszczem”.

W branży motoryzacyjnej i transporcie

Dziś nowe modele Range Rovera i Jaguara udział aluminium w konstrukcji nadwozia wynosi 81%. Pierwsze eksperymenty z nadwoziami aluminiowymi przypisuje się zwykle Audi, które w 1994 roku zaprezentowało A8 wykonane z lekkich stopów. Jednak już na początku XX wieku był to lekki metal na drewnianej ramie styl korporacyjny nadwozia słynnych brytyjskich samochodów sportowych Morgan. Prawdziwa „inwazja aluminium” na przemysł samochodowy rozpoczęła się w latach 70. XX wieku, kiedy fabryki zaczęły masowo wykorzystywać ten metal do produkcji bloków cylindrów silników i obudów skrzyń biegów zamiast zwykłego żeliwa; nieco później powszechne stały się felgi ze stopów lekkich zamiast tłoczonych ze stali.

Obecnie kluczowym trendem w branży motoryzacyjnej jest energia elektryczna. A stopy lekkie na bazie aluminium stają się szczególnie istotne w kulturystyce: „energooszczędny” metal sprawia, że ​​pojazd elektryczny jest lżejszy, co oznacza zwiększenie przebiegu na jednym ładowaniu akumulatora. Nadwozia aluminiowe stosowane są przez markę Tesla, wyznaczającą trendy na rynku samochodowym przyszłości, i to właściwie mówi wszystko!

Nie ma jeszcze samochodów krajowych z nadwoziem aluminiowym. Jednak nierdzewny i lekki materiał już zaczyna przenikać do rosyjskiego sektora transportu. Typowym przykładem są ultranowoczesne tramwaje dużych prędkości „Witiaź-M”, których wnętrza w całości wykonane są ze stopów aluminium, które są praktycznie wieczne i nie wymagają ciągłych poprawek. Warto dodać, że na stworzenie wnętrza jednego tramwaju potrzeba aż 1,7 tony aluminium, którego dostarcza krasnojarska fabryka aluminium Rusala.

„Sufit, ściany, regały – wszystko jest aluminiowe. I nie chodzi tu tylko o pokrycie blachą, detale są złożone, łącząc elementy wykończeniowe i nośne, a także tunele wentylacyjne i okablowanie,— mówi Witalij Dengajew, dyrektor generalny Krasnojarskiej firmy Komponenty do budowy maszyn, w której powstały aluminiowe wnętrza „Witiaza”. — Dodatkowo oprócz estetyki otrzymujemy także najwyższe bezpieczeństwo: w przeciwieństwie do tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych, aluminiowe wnętrze nie wydziela szkodliwych substancji w przypadku pożaru!”

17 marca tego roku po Moskwie zaczęło kursować 13 tramwajów Witiaź-M, które do 5 kwietnia przewiozły już pierwsze sto tysięcy pasażerów! Ten szybki i cichy transport miejski z kabinami na 260 osób, z Wi-Fi, klimatyzacją, miejscami dla osób niepełnosprawnych i wózkami oraz innymi elementami zapewniającymi komfort, został zaprojektowany na 30 lat, czyli dwukrotnie dłużej niż poprzednie modele. W ciągu najbliższych trzech lat stolica otrzyma 300 Witiaźów, z czego 100 w tym sezonie wyjedzie na tory.

W drukarkach przyszłości

Elementarne amatorskie drukarki 3D drukujące z tworzywa sztucznego nie będą już dla nikogo zaskoczeniem. Dziś rozpoczyna się era pełnoprawnego seryjnego druku 3D części metalowych. Proszek aluminiowy jest prawdopodobnie najpopularniejszym materiałem w technologii zwanej AF (od Additive Fabrication, „wytwarzanie przyrostowe”). Dodatek w języku angielskim to „suplement” i w tym głębokie znaczenie nazwy technologii: część nie jest wytwarzana z półfabrykatu, z którego podczas obróbki odcina się nadmiar materiału, ale wręcz przeciwnie, poprzez dodanie materiału do obszaru roboczego narzędzia.

Proszek metalowy wychodzi z dozownika maszyny AF i jest spiekany laserowo warstwa po warstwie w jedną, mocną masę monolitycznego aluminium. Części scalone metodą AF zadziwiają wyobraźnią swoją złożonością przestrzenną; Nie da się ich wykonać klasycznymi metodami nawet na najnowocześniejszych maszynach do obróbki metalu! Dzięki ażurowej konstrukcji części powstające na maszynach druku przyrostowego z proszków stopów aluminium mają wytrzymałość monolitu, a jednocześnie są kilkukrotnie lżejsze. Produkuje się je bez odpadów i szybko - takie metalowe „sznurówki” są niezbędne w biomedycynie, lotnictwie i astronautyce, mechanice precyzyjnej, przy produkcji form i tak dalej.

Do niedawna wszystkie technologie związane z wytwarzaniem przyrostowym były obce. Ale teraz aktywnie rozwijają się krajowe analogi. Na przykład na Ural Federal University (Ural Federal University) przygotowywana jest eksperymentalna instalacja do produkcji proszków metali do druku AF-3D. Instalacja działa na zasadzie natryskiwania roztopionego aluminium strumieniem gazu obojętnego, metoda ta pozwala na otrzymanie proszków metali o dowolnych parametrach granulometrycznych.

W budownictwie i oświetleniu

Aluminium może być także materiałem elewacyjnym i dachowym, którego żywotność nie ogranicza się do kilku lat i co jest niezwykle wygodne dla projektantów i instalatorów! Do budowy opracowano specjalne opatentowane stopy i kompozyty o różnorodnych właściwościach - Alclad, Kal-Alloy, Kalzip, Dwall Iridium. Z aluminium można tłoczyć części, w których płaszczyzna dachu stanowi integralną część elementów nośnych. Jest to konieczne na przykład przy tworzeniu rozsuwanych dachów stadionów.

Pokryte specjalnym rodzajem fluoropolimeru, na bazie teflonu, aluminiowe części dachu wytrzymują ogromne obciążenia powodowane przez wiatr i opady atmosferyczne. A przy konstruowaniu dachów o ogromnych rozmiarach, gdzie całkowita długość blachy od krawędzi do krawędzi może sięgać kilkudziesięciu metrów, stosuje się specjalną technologię, której rozwój umożliwiła także plastyczność aluminium. Aby uniknąć zawodnego łączenia wielu małych arkuszy, na plac budowy przywożona jest taśma aluminiowa o szerokości kilku metrów, zwinięta w ogromną rolkę i bezpośrednio na budowie przepuszczana przez specjalną maszynę, która powoduje równomierne wyprofilowanie taśmy, i przez to sztywny. Profil aluminiowy wprowadzany jest na dach budynku po specjalnych prowadnicach z rolkami. Technologia ta została opracowana przez brytyjską Grupę Corus, jednego ze światowych liderów w produkcji aluminiowych blach dachowych (obecnie część Tata Steel).

W naszym kraju architektura aluminiowa dopiero teraz naprawdę się rozwija, pozostając w tyle za światowymi stawkami, ale energicznie je doganiając - ostatnie przykłady realizacji to m.in. dach stadionu Zenit Arena w Petersburgu, obiekty Uniwersjady Kazańskiej, Soczi lotnisko, budowany obecnie unikalny most ze stopów lekkich w Niżnym Nowogrodzie i inne obiekty.

Budynek został wybudowany, dach postawiony, teraz potrzebne jest światło! I tutaj aluminium powraca do trendu. To nie tylko metal „skrzydlaty”, ale także „metal światła”. Na świecie płoną obecnie miliardy lamp LED, a ich liczba rośnie z każdą sekundą. Każda lampa posiada aluminiowy radiator, który odprowadza nadmiar ciepła z kryształów LED, zapobiegając ich przegrzaniu. Ale aluminium odgrywa znacznie ważniejszą rolę w produkcji podstawy samych diod LED - leukozafiru. Tak nazywa się sztuczny kryształ wykonany ze szczególnie czystego tlenku glinu. Obecnie tony surowców do kryształów sprowadzane są głównie z zagranicy, jednak niedawno w Nabierieżnym Czełnym, przy wsparciu Rostec, uruchomiono pierwszą w kraju linię do produkcji wysoce czystego tlenku glinu do hodowli monokryształów leukozafiru. Stowarzyszenie Aluminium jest przekonane, że w ciągu 2-3 lat nasze przedsiębiorstwa będą w stanie całkowicie zastąpić import wysoce czystego tlenku glinu do Rosji, co ostro pobudzi krajową produkcję diod LED.

W naszym życiu - wszędzie...

…Po prostu nie zawsze o tym wiemy! Prawie wszystkie wysokiej jakości gadżety wykonane są na bazie stopów aluminium: ramki i obudowy smartfonów, tabletów, laptopów, etui na powerbanki i wiele innych. Sprzęt sportowy, wózki dziecięce, przybory kuchenne, grzejniki, okucia meblowe – lista obszarów, w których wykorzystuje się metal lekki, jest nieskończona. Ale dlaczego nie zawsze o tym wiemy? Faktem jest, że aluminium i jego stopy w „nagiej formie”, jak ta dobrze znana, ale beznadziejnie przestarzała aluminiowa łyżka, obecnie prawie nigdy się nie spotyka. Dziś kulą rządzi technologia anodowania, która pozwala na pokrycie części wykonanych z aluminium i jego stopów trwałą, odporną na zużycie powłoką tlenkową. Anodowanie nie plami rąk i pozwala uzyskać niemal każdy kolor i fakturę.

Jednym z najbardziej obiecujących obszarów aluminium w gospodarstwach domowych są ramy rowerowe. Aluminiowa rama jest bardzo lekka, dzięki czemu bardzo wygodnie jest podnosić rower i jeździć na nim. Rama nie rdzewieje w przypadku uszkodzenia lakieru, dodatki stopowe sprawiają, że metal jest bardzo wytrzymały, a technologie zwane „tarciem” i „hydroformowaniem” umożliwiają produkcję rur o zmiennej grubości i przy dowolnych zagięciach, odciążenie i wzmocnienie ramy dokładnie tam, gdzie jest to konieczne. to jest potrzebne.

Miliony rowerów – ogromny rynek! Jednak na razie ramy wszystkich jednośladów sprzedawanych i montowanych w naszym kraju pochodzą z importu... „Nastąpiła jednak mała rewolucja w tej dziedzinie: inżynierowie Rusal opracowali nowy specjalny stop, idealny na ramy rowerowe i pracują nad rozwojem produkcji ram w naszym kraju, mówi Leonid Khazanov, zastępca redaktora magazynu Metal Supply and Sales. — Projekt jako jedyny wspiera Rusal Producent rosyjski aluminium, zlokalizowana w Naberezhnye Chelny, fabryka profili aluminiowych Tatprof, gotowa do produkcji rur do ram oraz firma krajowa- Montażysta rowerów „Velomotors”. Jeśli zaplanowana skala produkcji zostanie zrealizowana, nasze ramy powinny stać się tańsze od chińskich, a jednocześnie znacznie wyższej jakości.

Rosja jest światowym liderem aluminium, jednym z trzech największych producentów tego metalu. ZSRR rozpoczął budowę hut aluminium na początku lat trzydziestych XX wieku, do połowy dekady całkowicie rezygnując z importu. Jednak, co dziwne, tak naprawdę dopiero teraz wkraczamy w „erę aluminium”. Główny właściciel Rusala, Oleg Deripaska, wielokrotnie stwierdzał, że poziom zużycia aluminium w Rosji jest znacznie niższy niż średnia światowa, a dziś nadszedł wreszcie czas, aby przełamać ten trend i maksymalnie wykorzystać wysiłki i zasoby, aby stworzyć moce przetwórcze w kraju i wypierają importowane produkty, których jakość często jest zagrożona wieloma pytaniami.

Przez wiele lat projektanci unikali stosowania aluminium, ponieważ było ono przestarzałe dokumenty regulacyjne stopy aluminium i kompozyty po prostu się nie pojawiły - dziś standardy, GOST i SNIP są weryfikowane i aktualizowane w duchu czasu. I prawie wszystkie dziedziny przemysłu czekają na odkrycie nowych obszarów zastosowań tego metalu.

Zdjęcia z otwartych źródeł

Federalna Agencja Edukacji Federacji Rosyjskiej

Państwowy Uniwersytet Technologiczny

„Moskiewski Instytut Stali i Stopów”

Rosyjska Olimpiada dla uczniów

"Innowacyjne technologie i materiałoznawstwo”

Etap II: Konkurs naukowo-twórczy

Kierunek (profil):

"Inżynieria Materiałowa i Technologie Nowych Materiałów”

"Właściwości aluminium i obszary zastosowań w przemyśle i życiu codziennym"

Wykonałem pracę:

Zajcew Wiktor Władysławowicz

Moskwa, 2009

1. Wstęp

4. Zastosowanie aluminium i jego stopów w przemyśle i życiu codziennym

4.1 Lotnictwo

4.2 Przemysł stoczniowy

4.3 Transport kolejowy

4.4 Transport samochodowy

4.5 Budowa

4.6 Przemysł naftowy i chemiczny

4.7 Naczynia aluminiowe

5. Wniosek

5.1. Aluminium – materiał przyszłości

6. Wykaz wykorzystanej literatury

1. Wstęp

W moim eseju na temat „Właściwości aluminium i obszary zastosowań w przemyśle i życiu codziennym” chciałbym zwrócić uwagę na specyfikę tego metalu i jego wyższość nad innymi. Cały mój tekst jest dowodem na to, że aluminium to metal przyszłości i bez niego będzie nam trudno dalszy rozwój.

1.1 Ogólna definicja aluminium

Aluminium (łac. Aluminium, z glinu - ałun) - pierwiastek chemiczny III gr. układ okresowy, liczba atomowa 13, masa atomowa 26,98154. Srebrnobiały metal, lekki, ciągliwy, o wysokiej przewodności elektrycznej, tmelt = 660°C. Aktywny chemicznie (w powietrzu pokrywa się ochronną warstwą tlenku). Pod względem rozpowszechnienia w przyrodzie zajmuje 3. miejsce wśród pierwiastków i 1. wśród metali (8,8% masy skorupy ziemskiej). Pod względem przewodności elektrycznej aluminium zajmuje czwarte miejsce, ustępując jedynie srebrowi (jest na pierwszym miejscu), miedzi i złocie, co ze względu na niski koszt aluminium ma ogromne znaczenie praktyczne. Jest dwa razy więcej aluminium niż żelaza i 350 razy więcej niż miedzi, cynku, chromu, cyny i ołowiu razem wziętych. Jego gęstość wynosi tylko 2,7 * 10 3 kg/m 3. Aluminium ma siatkę sześcienną skupioną wokół powierzchni i jest stabilne w temperaturach od -269°C do temperatury topnienia (660°C). Przewodność cieplna w temperaturze 24°C wynosi 2,37 W×cm -1 × K -1 . Opór elektryczny aluminium wysoka czystość(99,99%) w temperaturze 20°C wynosi 2,6548×10 -8 Ω×m, czyli 65% rezystancji elektrycznej międzynarodowego standardu wyżarzonej miedzi. Odbicie polerowanej powierzchni wynosi ponad 90%.

1.2 Historia produkcji aluminium

Udokumentowane odkrycie glinu miało miejsce w 1825 roku. Metal ten został po raz pierwszy otrzymany przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda, kiedy wyizolował go poprzez działanie amalgamatu potasowego na bezwodny chlorek glinu (otrzymywany przez przepuszczanie chloru przez gorącą mieszaninę tlenku glinu i węgla ). Po oddestylowaniu rtęci Oersted otrzymał aluminium, chociaż było ono zanieczyszczone zanieczyszczeniami. W 1827 roku niemiecki chemik Friedrich Wöhler otrzymał aluminium w postaci proszku poprzez redukcję heksafluoroglinianu potasem. Nowoczesny sposób produkcję aluminium odkrył w 1886 roku młody amerykański badacz Charles Martin Hall. (W latach 1855-1890 wyprodukowano zaledwie 200 ton aluminium, a w ciągu następnej dekady, stosując metodę Halla, na całym świecie wyprodukowano 28 000 ton tego metalu.) Aluminium o czystości ponad 99,99% uzyskano po raz pierwszy metodą elektrolizy w 1920 roku. W 1925 roku Edwards opublikował pewne informacje na temat właściwości fizycznych i mechanicznych takiego aluminium. W 1938 r Taylor, Willey, Smith i Edwards opublikowali artykuł, w którym podają pewne właściwości aluminium o czystości 99,996%, również otrzymywanego we Francji metodą elektrolizy. Pierwsze wydanie monografii dotyczącej właściwości aluminium ukazało się w 1967 roku. Do niedawna uważano, że aluminium, jako metal wysoce aktywny, nie może występować w przyrodzie w stanie wolnym, lecz w 1978 roku. W skałach platformy syberyjskiej odkryto rodzime aluminium - w postaci nitkowatych kryształów o długości zaledwie 0,5 mm (o grubości gwintu kilku mikrometrów). Rodzime aluminium odkryto także w księżycowej glebie sprowadzonej na Ziemię z regionów Mórz Kryzysu i Obfitości. Uważa się, że metaliczny aluminium można utworzyć w wyniku kondensacji z gazu. Przy silnym wzroście temperatury halogenki glinu rozkładają się, przechodząc w stan o niższej wartościowości metalu, na przykład AlCl. Kiedy taki związek skrapla się wraz ze spadkiem temperatury i brakiem tlenu, w fazie stałej zachodzi reakcja dysproporcjonowania: część atomów glinu utlenia się i przechodzi do zwykłego stanu trójwartościowego, a część ulega redukcji. Jednowartościowe aluminium można zredukować tylko do metalu: 3AlCl > 2Al + AlCl3. Założenie to potwierdza także nitkowaty kształt rodzimych kryształów aluminium. Zazwyczaj kryształy o tej strukturze powstają w wyniku szybkiego wzrostu z fazy gazowej. Jest prawdopodobne, że mikroskopijne bryłki aluminium w glebie księżycowej powstały w podobny sposób.

2. Klasyfikacja aluminium ze względu na stopień czystości i właściwości mechaniczne

W kolejnych latach, ze względu na względną łatwość produkcji i atrakcyjne właściwości, opublikowano wiele prac poświęconych właściwościom aluminium. Czyste aluminium znalazło szerokie zastosowanie głównie w elektronice – od kondensatorów elektrolitycznych po szczytowe osiągnięcia inżynierii elektronicznej – mikroprocesory; w krioelektronice, kriomagnetyce. Nowszymi metodami otrzymywania czystego aluminium są metoda oczyszczania strefowego, krystalizacja z amalgamatów (stopów aluminium z rtęcią) oraz izolacja z roztworów alkalicznych. Stopień czystości aluminium jest kontrolowany przez wartość oporu elektrycznego w niskich temperaturach. Obecnie stosowana jest następująca klasyfikacja aluminium ze względu na stopień czystości:

Właściwości mechaniczne aluminium w temperaturze pokojowej:

3. Główne pierwiastki stopowe w stopach aluminium i ich funkcje

Czyste aluminium jest dość miękkim metalem - prawie trzy razy bardziej miękkim od miedzi, więc nawet stosunkowo grube aluminiowe płyty i pręty łatwo się wyginają, ale gdy aluminium tworzy stopy (jest ich ogromna liczba), jego twardość może wzrosnąć dziesięciokrotnie. Najbardziej powszechnie stosowany:

Beryl dodaje się w celu ograniczenia utleniania w podwyższonych temperaturach. Niewielkie dodatki berylu (0,01 - 0,05%) stosuje się w stopach odlewniczych aluminium w celu poprawy płynności w produkcji części silników spalinowych (tłoki i głowice cylindrów).

Bor wprowadza się w celu zwiększenia przewodności elektrycznej oraz jako dodatek uszlachetniający. Bor wprowadza się do stopów aluminium stosowanych w energia nuklearna(z wyjątkiem części reaktora), ponieważ pochłania neutrony, zapobiegając rozprzestrzenianiu się promieniowania. Bor wprowadza się w średniej ilości 0,095 – 0,1%.

Bizmut. Metale o niskich temperaturach topnienia, takie jak bizmut, ołów, cyna, kadm, wprowadza się do stopów aluminium w celu poprawy obrabialności. Pierwiastki te tworzą miękkie, topliwe fazy, które przyczyniają się do łamliwości wiórów i smarowania ostrza.

Gal dodawany jest w ilości 0,01 – 0,1% do stopów, z których następnie wykonuje się zużywalne anody.

Żelazo. Wprowadza się go w małych ilościach (»0,04%) do produkcji drutów w celu zwiększenia wytrzymałości i poprawy charakterystyki pełzania. Żelazo zmniejsza również przyczepność do ścianek form podczas odlewania w formie chłodzącej.

Ind. Dodatek 0,05 - 0,2% wzmacnia stopy aluminium podczas starzenia, zwłaszcza o niskiej zawartości miedzi. Dodatki indu stosuje się w stopach łożyskowych aluminiowo-kadmowych.

Aby zwiększyć wytrzymałość i poprawić właściwości korozyjne stopów, wprowadza się około 0,3% kadmu.

Wapń nadaje plastyczność. Przy zawartości wapnia wynoszącej 5% stop wykazuje efekt superplastyczności.

Krzem jest najczęściej stosowanym dodatkiem w stopach odlewniczych. W ilości 0,5 - 4% zmniejsza skłonność do pękania. Połączenie krzemu i magnezu umożliwia zgrzewanie stopu.

Magnez. Dodatek magnezu znacznie zwiększa wytrzymałość bez zmniejszania ciągliwości, zwiększa spawalność i zwiększa odporność stopu na korozję.

Miedź wzmacnia stopy, maksymalne wzmocnienie osiąga się przy zawartości miedzi 4 - 6%. Stopy miedzi wykorzystywane są do produkcji tłoków do silników spalinowych oraz wysokiej jakości odlewanych części samolotów.

Cyna poprawia wydajność cięcia.

Tytan. Głównym zadaniem tytanu w stopach jest uszlachetnienie ziarna w odlewach i wlewkach, co znacznie zwiększa wytrzymałość i jednorodność właściwości w całej objętości.

Aluminium jest jednym z najpowszechniejszych i najtańszych metali. Bez niej trudno sobie wyobrazić współczesne życie. Nic dziwnego, że aluminium nazywane jest metalem XX wieku. Dobrze nadaje się do obróbki: kucia, tłoczenia, walcowania, ciągnienia, prasowania. Czyste aluminium jest dość miękkim metalem; służy do produkcji przewodów elektrycznych, elementów konstrukcyjnych, folii do produkty żywieniowe, przybory kuchenne i „srebrną” farbę. Ten piękny i lekki metal znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie i technologii lotniczej. Aluminium bardzo dobrze odbija światło. Dlatego wykorzystuje się go do wykonywania luster metodą osadzania metalu w próżni.

Aluminium ma ogromne znaczenie w przemyśle ze względu na zwiększoną ciągliwość, wysoki poziom przewodność cieplna i elektryczna, niska korozja, ponieważ warstwa Al2O3 utworzona na powierzchni działa jako zabezpieczenie przed utlenianiem. Z aluminium powstają doskonałe wyroby cienkowalcowane, folie i profile o dowolnym kształcie metodą prasowania i innych rodzajów obróbki ciśnieniowej. Z tego tworzą różne rodzaje przewody stosowane w sprzęcie elektrycznym.
Aluminium, podobnie jak żelazo, jest bardzo rzadko stosowane w czystej postaci. Aby nadać im pożądane właściwości użytkowe, podczas produkcji dodaje się niewielkie ilości (nie więcej niż 1%) innych pierwiastków, zwanych pierwiastkami stopowymi. W ten sposób otrzymuje się stopy żelaza, aluminium i innych metali.

Parametry fizyczne stopów aluminium

Stopy aluminium mają gęstość nieco różniącą się od gęstości czysty metal(2,7 g/cm3). Waha się ona od 2,65 g/cm3 dla stopu AMg6 do 2,85 g/cm3 dla stopu V95.
Procedura tworzenia stopu nie ma prawie żadnego wpływu na moduł sprężystości i moduł ścinania. Przykładowo moduł sprężystości wzmocnionego duraluminium D16T jest prawie taki sam jak moduł sprężystości czystego metalu A5 (E = 7100 kgf/mm2). Jednak ze względu na to, że maksymalna płynność stopów jest o kilka jednostek większa niż maksymalna płynność czystego aluminium, stopy aluminium można już stosować jako materiał konstrukcyjny przy różnym poziomie obciążeń (wszystko zależy od marki stopu i jego stan).
Ze względu na niski wskaźnik gęstości, konkretne wartości maksymalnej wytrzymałości, maksymalnej płynności i modułu sprężystości (odpowiednie parametry podzielone przez wartość gęstości) dla mocnych stopów aluminium można porównać z tymi samymi konkretnymi wartościami dla stali i tytanu stopy. Dzięki temu stopy aluminium o dużej wytrzymałości mogą konkurować ze stalą i tytanem, ale tylko do temperatur nie przekraczających 200 C.
Większość stopów aluminium ma gorszą przewodność elektryczną i cieplną, odporność na korozję i spawalność w porównaniu z czystym aluminium.
Wiadomo, że stopy o większym stopniu stopowania charakteryzują się znacznie niższą przewodnością elektryczną i cieplną. Wskaźniki te są bezpośrednio zależne od stanu stopu.
Najlepsze właściwości korozyjne stopów aluminium charakteryzują się stopami AMts, AMg, AD31, a najgorsze stopami wysokowytrzymałościowymi D16, V95, AK. Ponadto odporność korozyjna stopów wzmocnionych cieplnie zależy w dużej mierze od sposobu hartowania i starzenia. Na przykład stop D16 jest najczęściej stosowany w stanie naturalnie postarzonym. Jednakże w temperaturach powyżej 80°C jego wskaźniki korozji ulegają znacznemu zmniejszeniu i nadaje się do stosowania w większych warunkach wysokie temperatury często stosuje się sztuczne starzenie.
Stopy AMts i Amg dobrze nadają się do wszystkich rodzajów spawania. Podczas procesu spawania stali hartowanej na zimno w okolicy szew spawalniczy przeprowadza się wyżarzanie, dlatego wytrzymałość spoiny jest równa wytrzymałości materiału podstawowego w stanie wyżarzonym.

Rodzaje stopów aluminium

Dziś produkcja stopów aluminium jest bardzo rozwinięta. Istnieją dwa rodzaje stopów aluminium:

• odkształcalne, z których tworzą blachy, rury, profile, opakowania, wytłoczki
• odlewnie, z których wykonuje się odlewy kształtowe.

Powszechne zastosowanie stopów aluminium wynika z ich właściwości. Stopy takie cieszą się dużą popularnością w lotnictwie, motoryzacji, przemyśle stoczniowym i innych obszarach gospodarki narodowej.
Nieutwardzalne stopy Al – Mn (AMts) i Al – Mg (AMg) są materiałami odpornymi na korozję, z których wykonane są zbiorniki gazu, zbiorniki oleju i kadłuby statków.
Hartowalne stopy Al – Mg – Si (AB, AD31, AD33) wykorzystywane są do wytwarzania łopat i części kabin helikopterów oraz bębnów kołowych wodnosamolotów.
Stop aluminium i miedzi - duraluminium lub duraluminium. Stop z krzemem nazywany jest siluminem. Stop z manganem - AMts posiada podwyższoną odporność na korozję. Pierwiastki takie jak Ni, Ti, Cr, Fe w stopie pomagają zwiększyć odporność cieplną stopów, hamują proces dyfuzji, a obecność litu i berylu zwiększa moduł sprężystości.
Żaroodporne stopy aluminium w układzie Al – Cu – Mn (D20, D21) oraz Al – Cu – Mg – Fe – Ni (AK – 4 – 1) służą do wykonywania tłoków, głowic cylindrów, tarcz, łopatek sprężarek i innych części, które muszą działać w temperaturach do 300°C. Odporność na ciepło można uzyskać poprzez dodanie stopu Ni, Fe, Ti (D20, D21, AK - 4 - 1).
Do tworzenia odlewów wykorzystuje się odlewane stopy aluminium. Są to stopy Al – Si (silumin), Al – Cu (duraluminium), Al – Mg (Amg). Wśród siluminów na uwagę zasługują stopy Al – Si (AL – 2), Al – Si – Mg (AL – 4, AL – 9, AL – 34), wzmacniane obróbką cieplną. Siluminy dobrze nadają się do odlewania, cięcia i spawania, można je także anodować, a nawet impregnować lakierami.
Wysokowytrzymałe i żaroodporne stopy odlewnicze Al – Cu – Mn (AL – 19), Al – Cu – Mn – Ni (AL – 33), Al – Si – Cu – Mg (AL – 3, AL – 5 ) systemy. Te, które zostały poddane procesowi tworzenia stopu z udziałem chromu, niklu, chloru lub cynku, wytrzymują temperatury do 300°C. Służą do tworzenia tłoków, głowic blokowych i cylindrów.
Spiekany proszek aluminiowy (SAP) produkowany jest poprzez prasowanie proszku aluminiowego (700 MPa) w temperaturze od 500 do 600°C. SAP charakteryzuje się podwyższonym poziomem wytrzymałości i odporności na ciepło do 500°C.

Gatunki stopów aluminium

Pewne właściwości stopów aluminium odpowiadają konkretnym gatunkom tych stopów. Uznane normy międzynarodowe i krajowe (dawniej były to niemieckie DIN, a dziś europejskie EN, amerykańskie ASTM i międzynarodowe ISO) podobnie jak rosyjskie GOST, osobno rozważają czyste aluminium i jego stopy. Zgodnie z tymi dokumentami czyste aluminium dzieli się na gatunki, a nie na stopy.
Wszystkie gatunki aluminium dzielą się na:

• aluminium o wysokiej czystości (99,95%)
• aluminium techniczne zawierające około 1% zanieczyszczeń lub dodatków.

Norma EN 573-3 definiuje różne wersje czystości aluminium, na przykład „aluminium EN AW 1050A” i stopów aluminium, na przykład „stop EN AW 6060”. Jednocześnie aluminium jest często nazywane stopem, na przykład „stopem aluminium 1050A”.
Na przykład w rosyjskich normach w dokumencie GOST 4784-97 „Aluminium i kute stopy aluminium” oraz innych dokumentach dotyczących aluminium i stopów aluminium zamiast terminu „oznaczenie” używa się podobnego terminu „gatunek”, tylko w języku angielskim równoważny „stopień”. Zgodnie z obowiązującymi normami należy używać wyrażeń takich jak „aluminium klasy AD0” i „stop aluminium klasy AD31”.
Często jednak termin „gatunek” jest używany tylko w odniesieniu do aluminium, a stopy aluminium nazywane są po prostu „stopami aluminium” bez żadnych marek, na przykład „stop aluminium AD31”.
Czasami ludzie mylą termin „marka” z terminem „etykieta”. GOST 2.314-68 definiuje termin oznakowanie jako zespół znaków charakteryzujących produkt, na przykład oznaczenie, kod, numer partii (serii), data produkcji, znak towarowy firmy. Marka jest w tym przypadku oznaczeniem instalacyjnym lub transportowym. Dlatego oznaczenie lub gatunek stopu to tylko niewielka część oznakowania, a nie samo oznaczenie.
Gatunek aluminium lub stopu jest nakładany na jeden z końców wlewka lub tłoka. Za pomocą niezmywalnej farby nanoszone są kolorowe paski, które pełnią funkcję oznaczeń. Na przykład, zgodnie z GOST 11069-2001, aluminium klasy A995 jest oznaczone czterema zielonymi pionowymi paskami.
Zgodnie z dokumentem GOST 11069-2001 gatunki aluminium są oznaczone liczbami po przecinku w procentowej zawartości aluminium: A999, A995, A99, A85, A8, A7, A6, A5 i A0. Jednocześnie najczystszym aluminium jest A999, który zawiera 99,999% aluminium. Służy do eksperymentów laboratoryjnych. W sektor przemysłowy wykorzystują aluminium o wysokiej czystości - od 99,95 do 99,995% i czystości technicznej - od 99,0 do 99,85%.

Warunki (przeróbka) półproduktów z odkształcalnych stopów aluminium

Cechowanie		Stan, cel
		Po wyprodukowaniu, bez dodatkowej obróbki cieplnej. Stopień hartowania i właściwości mechaniczne nie kontrolowane
		Walcowane na gorąco
		Tłoczony na gorąco
		Wyżarzone (miękkie). Najwyższa plastyczność i stabilność wymiarowa
		Obrobione na zimno (obrobione na zimno)
		Mocno obrobione na zimno (poprzez walcowanie blach o około 20% w celu maksymalnego utwardzenia)
		Trzy czwarte (3/4) obrabiane na zimno, zwiększona wytrzymałość
		Półhartowany (1/2), zwiększona wytrzymałość
		Jedna czwarta (1/4) obrabiana na zimno, o zwiększonej wytrzymałości
		Utwardzony* (niestabilny, zwykle wskazany jest czas naturalnego starzenia się po utwardzeniu), zwiększona wytrzymałość
		Hartowane + naturalnie starzone. Uzyskanie odpowiednio dużej wytrzymałości, zwiększonej ciągliwości, odporności na pękanie i odporności zmęczeniowej
		Hartowane + sztucznie starzone dla maksymalnej wytrzymałości
		Hartowane + sztucznie starzone. Poprawa właściwości odporności na korozję, odporności na pękanie, plastyczności przy niewielkim spadku wytrzymałości. W oznaczeniach rosyjskich wzrost pierwszej cyfry litery wskazuje na wzrost stopnia przestarzenia i zmiękczenia
	T31, T36, T37, T39	Hartowane + naturalnie starzone + hartowane na zimno. Druga liczba wskazuje stopień odkształcenia po hartowaniu na zimno. Zwiększenie wytrzymałości przy jednoczesnym zmniejszeniu plastyczności i odporności na pękanie
	T81, T83, T86, T87	Hartowane + utwardzane na zimno + sztucznie starzone. Stopień odkształcenia (utwardzenia) jest oznaczony drugą liczbą. Wzmacniający
		Hartowane + sztucznie starzone + hartowane na zimno. Zwiększona wytrzymałość, szczególnie w połączeniu z procesem formowania części

Obecnie aluminium i jego stopy znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu i technologii. Aluminium i jego stopy wykorzystywane są przede wszystkim w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym. Aluminium jest również szeroko stosowane w innych gałęziach przemysłu: budowie maszyn, elektrotechnice i produkcji instrumentów, budownictwie przemysłowym i cywilnym, przemyśle chemicznym i produkcji towarów konsumpcyjnych.

W przemyśle lotniczym aluminium stało się głównym metalem, ponieważ jego zastosowanie pozwala rozwiązać problem zmniejszenia masy Pojazd i radykalnie zwiększyć efektywność ich wykorzystania. Konstrukcje statków powietrznych, silniki, bloki, głowice cylindrów, skrzynie korbowe, skrzynie biegów, pompy i inne części wykonywane są z aluminium i jego stopów.

W przemyśle elektrycznym aluminium i jego stopy wykorzystuje się do produkcji kabli, szyn zbiorczych, kondensatorów i prostowników. prąd przemienny. W produkcji instrumentów wykorzystuje się go do produkcji sprzętu filmowego i fotograficznego, sprzętu radiotelefonicznego oraz różnych przyrządów kontrolno-pomiarowych.

Aluminium zaczęło być szeroko stosowane w produkcji urządzeń do produkcji i przechowywania mocnego kwasu azotowego, nadtlenku wodoru, substancji organicznych i produktów spożywczych ze względu na wysoką odporność na korozję i nietoksyczność.

Folia aluminiowa stała się bardzo powszechna materiał opakowaniowy, ponieważ jest znacznie mocniejsza i tańsza niż cyna. Aluminium znalazło również szerokie zastosowanie do produkcji pojemników do konserw i przechowywania żywności. Rolnictwo. Ale przechowywanie nie ogranicza się do małych słoików; aluminium wykorzystuje się do budowy spichlerzy i innych prefabrykowanych konstrukcji, na które jest zapotrzebowanie w rolnictwie.

Aluminium znajduje również szerokie zastosowanie w przemyśle wojskowym do budowy samolotów, czołgów, instalacji artyleryjskich, rakiet, środków zapalających i do wielu innych celów w sprzęcie wojskowym.

Aluminium o wysokiej czystości znajduje szerokie zastosowanie w takich nowych obszarach technologii jak energia nuklearna, elektronika półprzewodnikowa, radar.

Aluminium stało się powszechne jako powłoka antykorozyjna, doskonale chroni powierzchnie metalowe przed działaniem różnych chemikaliów i korozją atmosferyczną, dlatego jest szeroko stosowane w produkcji różnych materiałów.

Kolejny szeroko stosowany przydatna właściwość aluminium - jego wysoki współczynnik odbicia. Dlatego wykonuje się z niego różne powierzchnie odblaskowe reflektorów grzewczych i oświetleniowych oraz luster.

Aluminium stosowane jest w przemyśle metalurgicznym jako środek redukujący przy produkcji wielu metali, takich jak chrom, wapń i mangan. Stosowany jest również do odtleniania stali i spawania części stalowych.

W budownictwie przemysłowym i cywilnym nie można obejść się bez aluminium i jego stopów. Wykorzystuje się go do produkcji szkieletów budynków, kratownic, ram okiennych, schodów itp. W Kanadzie np. zużycie aluminium na te cele stanowi około 30% całkowitego zużycia, w USA jest to ponad 20%.

Na podstawie wszystkich powyższych sposobów wykorzystania aluminium można stwierdzić, że aluminium zdecydowanie zajęło pierwsze miejsce wśród innych metali nieżelaznych pod względem skali produkcji i znaczenia w gospodarce

Obecnie świat produkuje ponad 50 milionów ton aluminium rocznie, przykładowo w 2008 roku według American Aluminium Association – 53 miliony ton.

• Dokąd to wszystko zmierza?
• W jakich branżach jest stosowany?
• Gdzie spotykamy się z tym w życiu codziennym?

Konsumpcja w przemyśle i życiu

Poniższy rysunek przedstawia osiem sektorów przemysłu i budownictwa, w których aluminium jest wykorzystywane szczególnie intensywnie. Procentowe udziały poszczególnych gałęzi przemysłu w całkowitym zużyciu przedstawiono według statystyk Międzynarodowego Instytutu Aluminium za rok 2007. Myślę, że od tego czasu obraz jako całość się nie zmienił, a te dane są dość istotne.

Zastosowanie aluminium w gotowych produktach przemysłowych

Główne branże aktywnie wykorzystujące aluminium to:

• Budowa
• Opakowanie produktu
• Przemysł elektryczny
• Inżynieria transportu
• Produkcja maszyn i urządzeń
• Produkcja artykułów codziennego użytku
• Metalurgia proszków
• Odtlenianie stali w metalurgii żelaza