МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ
Основы производства и свойства алюминия и его сплавов
Алюминий и его сплавы играют важную роль в промышленности ряда стран мира, что иллюстрируется диаграммой на рис. 18.1.
|
Рис. 18.1. Примерное использование алюминия и его станов в мире (1998—2000 гг.) |
Чистый алюминий ввиду низкой прочности (ав< 100 МПа) чаще используется в электротехнической и пищевой промышленности. В качестве конструкционных
230
материалов в машиностроении применяются алюминиевые сплавы различного состава, которые благодаря малой плотности, высокой удельной прочности, корро - шонной стойкости и хорошей технологической обраба - илваемости используются вавиа - и судостроении, строительстве, транспорте, химическом машиностроении и криогенной технике.
Алюминии является самым распространенным металлом и в природе находи 1СЯ в виде руд (бокситы, нефелины, алуниты) Основными для производства апю - миния являются бокситы, состоящие из гидратов оксида алюминия АЮ(ОН), А1(ОН)3 и содержащие в своем составе до 70% глинозема А!203 с примесью кремнезема Si02 (0,5— 1,5%) и пустой породы. Производство алюминия состоит из двух основных процессов: получения глинозема АЬ03 из бокситов и получения электролизом а поминки из глинозема.
В качестве электролита в электролизере используется расплав глинозема (8—10%) и криолита Na3AlF6(90%). Схема электролизера показана на рис. 18.2.
В расплавленном электролите 7 при Т = 930—950 °С происходит диссоциация молекул криолита и глинозема
Na3AlF6->3Na++AlF63', А!203->А13++АЮ33
На катоде 1 осаждается алюминий (А13++Зе-»А1), а на аноде 9 образуется глинозем и кислород (2АЮ33'—6е-> А1203+1,502). Расплавленный алюминий 6, скапливающийся на поде 2 электролизера, периодически удаляется при помощи сифонов и вакуумных ковшей.
Для получения I т алюминия расходуется 2 т глино - іема, 0,6 т угольных электродов, 0,1 т криолита и 16500— 18500 кВт/ч электроэнергии.
В полученном алюминии содержатся примеси (Fe, Si, А1203) и для их удаления при Т — 700-750 °С произво-
|
Рис 18 2 Схема электротизера для получения алюминия 1 — катодная шина; 2 — под из углеродных блоков; 3 — футеровка из углеродных блоков; 4 — застывший электролит; 5 — кожух; 6 — расплавленный алюминий; 7 — расплавленный электролит; 8 — глинозем; 9 — а йодная шина, 10 — кожух анода, 11 — стальной держатель |
дят продувку алюминия газообразным хлором, который очищает его от газов и примесей. Чистота алюминия при этом составляет 99,85%. Дальнейшее электролитическое рафинирование повышает чистоту металла до 99,99%. После этого алюминий разливается в «чушки» массой 5-15 кг. Алюминиевые сплавы получают легированием и переплавкой алюминия.
Основные теплофизические и механические свойства алюминия приведены в табл. 18 1.
Химическая активность алюминия и его сплавов характеризуется большим сродством к кислороду. Тугоплавкая (Т = 2050 °С) и плотная (у = 3,4 г/смя) окисная пленка АЬ03 на поверхности защищает алюминии от
|
Таблица 18.1 Основные физические и механические свойства технического алюминия
|
кыьнейшего окисления и взаимодействия с окружающей средой. Это обеспечивает алюминию сравнительно высокую стойкость против коррозии в ряде сред (влажной атмосфере, концентрированной азотной кис - ютс, в органических кислотах). Однако эта пленка и і пом и ний растворяется в щелочах, в разведенных азотной и серной кислотах. Алюминий склонен к местной і очечной, межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением. Растворимость газов в алюминии ограничена, что способствует порообразованию при сварке.
В качестве полуфабрикатов из алюминиевых сплавов выпускаются листы, профили, трубы и др., огличающие - Iя сравнительно высокой прочностью (ов < 500—700 МПа), кшлетворительной свариваемостью, обрабатываемостью
режущим инструментом и легкостью деформирования. По удельной прочности а /у некоторые из алюминиевых сплавов (например, Д16) значительно превосходят чугун, низкоуглеродистую и низколегированную сталь, чистый титан и уступают лишь сталям повышенной прочности и высокопрочным сплавам титана.
В качестве основных легирующих элементов в алюминиевых сплавах используют магний, марганец, медь, кремний, цинк, реже никель, титан. Легирующие элементы образуют с алюминием как ограниченные твердые растворы (Mn, Mg), так и промежуточные фазы (CuA12, Mg2Si и др.).
