Класифікація алюмінієвих сплавів

Для одержання алюмінієвих сплавів із різними властивостями алюміній легують іншими металами, найбільш широко як легуючі еле­менти застосовують кремній, мідь, магній, цинк, марганець, а останнім часом - літій. Як легувальні домішки: титан, берилій, цирконій та ін. Найбільшого поширення набули сплави таких систем:

Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg-Cu.

У рівноважному стані ці сплави являють собою низьколегований твердий розчин та інтерметалідні фази: Al₂Cu (θ-фаза);

Mg₂Si; Al₂CuMg (σ) Al₆CuMg₄ (τ); Al₃Mg₂Zn₃; Al₃Mg₂; MgZn (η) та ін.

Сплави алюмінію можна поділити на 3 групи:

- призначені для одержання напівфабрикатів (листів, плит, прутків), а також кувань і штампувань шляхом прокатки, пресування, кування, штампування (деформовані сплави);

- ливарні, призначені для фасонного лиття;

- одержувані методом порошкової металургії спечені алюмінієві порошки (САП) і спечені алюмінієві сплави (САС).

Таблиця 9.2. Склад промислових деформованих алюмінієвих сплавів (інше алюміній, домішки не вказано)

Позначення марок	Хімічний склад, %
Літерне	Цифрове	Алюміній	Мідь	Магній	Марганець	Цинк	Залізо	Кремній	Нікель
MM		Головний компонент	0,2	0,2...0,5	1,0...1,4	0,1	0,6		—
Мац		«	0,1	0,2	1,0...1,6	0,1	0,7	0,6	—
АМцС		«	0,1	0,05	1,0...1,4	0,1	0,25...0,45	0,15...0,35	—
Д12		«	0,1	0,8...1,3	1,0...1,5	0,1	0,7	0,7	—
АМг1		«	0,1	0,7...1,6	0,2	—	0,1	0,10	—
АМг2		«	0,1	1,8...2,6	0,2...0,6	0,2	0,4	0,4	—
АМг3С	—	«	0,1	2,7...3,6	0,0...0,6	0,2	0,5	0,5	—
АМг3		«	0,1	3,2...3,8	0,3...0,6	0,2	0,5	0,5...0,8	—
АМг4		«	0,1	3,8...4,5	0,5...0,8	0,2	0,4	0,4	—
АМг4,5	—	«	0,1	4,0...4,9	0,4...1,0	0,2	0,4	0,4	—
АМг5		«	0,1	4,8...5,8	0,3... 0,8	0,2	0,5	0,5	—
АМг6		«	0,1	5,8...6,8	0,5...0,8	0,2	0,4	0,4	—
АД31		«	0,1	0,4...0,9	0,1	0,2	0,5	0,3...0,7	—
АД33		«	0,15...0,4	0,8...1,2	0,15	0,25	0,7	0,4...0,8	—

Продовження табл 9 2

Позначення марок	Хімічний склад, %
Літерне	Цифрове	Алюміній	Мідь	Магній	Марганець	Цинк	Залізо	Кремній	Нікель
АД35		Головний компонент	0,1	0,8...1,4	0,5...0,9	0,2	0,5	0,8...1,2	—
АВ		«	0,1. 0,5	0,45...0,9	0,15. 0,35	0,2	0,5	0,05...1,2	—
Д1		«	3,8. 4,8	0,4 0,8	0,4.. 0,8	0,3	0,7	0,07	0,1
Д16		«	3,8.. 4,9	1,2 1,8	0,3...0,9	0,3	0,5	0,5	0,1
В65		«	3,9..4,5	0,15...0,3	0,3.. 0,5	0,1	0,2	0,25	—
Д18		«	2,2...3	0,2.. 0,5	0,2	0,1	0,5	0,5	—
АК6		«	1,8.. 2,6	0,4.. 0,8	0,4...0,8	0,3	0,7	0,7...1,2	0,1
АК8		«	3,9. 4,8	0,4...0,8	0,4 1,0	0,3	0,7	0,6...1,2	0,1
АК4		«	1,9...2,5	1,4...1,8	0,2	0,3	0,8 1,3	0,5...1,2	0,8...1,3
АК4-1		«	1,9...2,7	1,2.. 1,8	0,2	0,3	0,8...1,4	0,35	0,8...1,4
—		«	0,1	1,3...1,8	0,2..0,6	3,4...4	0,4	0,3	—
—	1925С	«	0,1	0,8...1,4	0,0...0,5	4,3...5,5	0,4	0,4	—
—		«	0,8	1,3...1,8	1,3. 1,8	0,2...0,7	0,7	0,7	—
В95		«	1,4.. 2	1,8...2,8	0,2...0,6	5,0...7	0,5	0,5	0,1
АЦпл	—	«	—	—	0,025	0,9...1.3	0,3	0,3	—

§ 1З. Виробництво алюмінію

1. Алюмінієві руди. Найбільш поширеними алюмінієвими рудами е боксити, каоліни, нефеліни й алуніти, де алюміній міститься у вигляді глинозему Аl₂О₃ (у бокситах 40…60%, а в решті руд—22…32%).

Виробити чистий алюміній безпосереднім відновленням його з руд неможливо, оскільки домішки відновлюються раніш за нього. Тому у виробництві алюмінію є три самостійних техно­логічних процеси: 1) добування глинозему з алюмінієвих руд; 2) добування первинного алюмінію; 3) рафінування первинного алюмінію.

2. Добування глинозему. Залежно від складу алюмінієвих руд глинозем з них добувають такими способами: лужним, кислотним і електрометалургійним. В найбільш поширені такі способи: сухий лужний (спікання) — для перероблення бокситів з високим вмістом кремнезему й окису заліза; мокрий лужний — для перероблення малокремнезeмистих алюмінієвих руд; електрометалургійний — для перероблення бокситів, які містять у собі до 20% кремнезему.

При сухому і мокрому лужних способах обробляють алюмінієві руди лугами. Глинозем при цьому зв'язується в алюмінат натрію Аl₂О₃·Na₂O. При вилуговуванні алю­мінат натрію переходить у розчин, а окиси і гідроокиси заліза, титану і кремнію випадають в осад. Після відокремлення від осаду розчин алюмінату натрію продувають газом CO₂ (сухий спосіб) або піддають гідролізу (мокрий спосіб). У результаті розчин розкладається з виділенням кристалічного осаду—гід­рату окису алюмінію 2А1(ОН)₃. Цей осад фільтрують, проми­вають, прожарюють і дістають чистий глинозем:

2Аl (ОН)₃ = Αl₂O₃ + ЗН₂O.

При електрометалургійному способі добування глинозему складається з двох стадій: електрометалургійної і хімічної. Перша стадія проходить так: агломерат (боксит, залізну руду, барієві солі і антрацит) розплавляють в електро­печах при температурі 1800°С. Продуктами плавлення є феро­силіцій і шлак у вигляді алюмінатів барію,їх зливають у ківш і витримують до температури твердіння шлаку (близько 1500° С). Потім рідкий феросиліцій випускають з ковша і вико­ристовують у металургійному виробництві, а твердий шлак по­дрібнюють і обробляють содою:

Αl₂O₃·ВаО + Na₂CO₃ = Аl₂O₃·Na₂O + ВаСО₃.

Утворений алюмінат натрію відомими вже нам способами переробляють у глинозем, а вуглекислий барій використовують Для виготовлення агломерату.

Рис. 42 Схема електролізної ванни для добу­вання алюмінію.

3. Електроліз глинозему. Первинний алюміній добувають елек­тролізом чистого гли­нозему, розчиненого в розплавленому кріо­літі Na₃AlF₆. Електро­лізна ванна — електролізер (рис. 42) — має стальний кожух 5, обкладений із середини вогнетривкою цеглою 6. Під ванни і її стінки 7 зроблено з вугляних блоків, до яких підведено катодні шини 8. Над ванною на анод­них шинах 1 підвішено вугляні електроди 2. Тепер найбільше застосовуються ванни з набивними анодами, в яких вугляна маса вміщена в прямокут­ні алюмінієві кожухи.

Перед початком електролізу на під ванни насипають тонкий шар меленого коксу, впритул до поду опускають електроди і вмикають постійний струм. Коли вугляна футеровка ванни на­гріється, у ванну поступово засипають кріоліт і розплавля­ють його, одночасно повільно піднімаючи електроди. Після утворення шару 200...250мм розплавленого кріоліту 10 у ванну завантажують глинозем 3, який і розчиняється в кріоліті. Про­цес електролізу відбувається при температурі 930...950°С. При проходженні струму через електроліт глинозем розкладається і на аноді виділяється кисень, який утворює з вуглецем чадний газ CO, а на катоді—алюміній. Рідкий алюміній 9 нагромад­жується на поді ванни і періодично видаляється сифоном або вакуум-ковшем. На бічній поверхні робочого простору ванни утворюється кірка 4 електроліту, яка захищає футеровку від руйнування під впливом розплавлених фтористих солей і від витікання струму.

В електролізній ванні, де сила струму становить 50000 а, а напруга—5...10 в, виробляють близько 350 кг алюмінію на добу.

4. Рафінування первинного алюмінію. Очищають алюміній від домішок звичайно в закритому ковші продуванням хлору протягом 10…15 хв., при температурі 750…770°С. Після цього його розливають у чушки. Для вироблення алюмінію високої чистоти (до 99,99% ΑΙ) його піддають електролітичному рафі­нуванню, при якому забруднений домішками алюміній є анодом, а чистий алюміній—катодом. Як електроліт використовують рідкі хлористі і фтористі солі.

Дата добавления: 2014-01-03