Hliník: vlastnosti, vlastnosti, výroba. Složení a jakosti hliníkových slitin, jejich použití

Vše v pořádku: od místa „okřídleného kovu“ v globálním průmyslu až po vlastnosti slitin na něm založených. Zajímavá fakta o hliníku; přehled jeho fyzikálních a mechanických vlastností; rozdíly mezi tvářenými slitinami a litými slitinami, duralovými a leteckými slitinami. To vše a ještě více je v našem velkém článku.

Než začneme, připomeňme vám: v internetovém obchodě palladium.ru si můžete zakoupit dveřní kliky vyrobené z hliníku a také některé další kování vyrobené z tohoto kovu a jeho slitin. Všechny produkty jsou od výrobce, záruka je až 7 let. Čekáme na vaše objednávky!

1. HLINÍK – CO JE TENTO KOV?

Hliník je 13. chemický prvek v periodické tabulce. Podle různých zdrojů je procento obsahu hliníku v zemské kůře od 7,45 % do 8,14 %; Ze všech prvků se zde častěji vyskytuje pouze kyslík a křemík. Zásoby hliníku na planetě jsou ve skutečnosti nevyčerpatelné a co do objemu výroby je mezi kovy na druhém místě za železem.

Hliník je jedním z nejlehčích kovů: 3x lehčí než železo. Může mít jakýkoli tvar, který se vám líbí; volně piluje, bez problémů svařuje a neví, co je koroze. Stavebnictví a doprava, technologie a výroba energie, výroba domácích potřeb a potravinových obalů – hliník a jeho slitiny jsou žádané všude tam, kde je potřeba pevnost a praktičnost bez zvýšení hmotnosti konstrukce. Tělo vašeho smartphonu je pravděpodobně vyrobeno z hliníku.

2. HISTORIE VÝROBY HLINÍKU

Hliník je chemicky vysoce reaktivní kov, který má vždy tendenci interagovat s jinými prvky a látkami. Proto se v přírodě nenachází v čisté formě a získává se z minerálů. Bauxit, nefelin, alunit, oxid hlinitý – existuje více než 250 hornin a sloučenin bohatých na hliník.

První historicky známá metoda výroby nelegovaného hliníku byla zdokumentována dánským fyzikem G. H. Oerstedem v roce 1825 během experimentů s elektromagnetismem. Tato metoda však byla pracná, a proto drahá. Stejně jako samotný hliník: až do poloviny XNUMX. století byl považován za luxusní kov, téměř na úrovni zlata a stříbra.

Vše se změnilo v roce 1886, kdy chemik C. M. Hall patentoval technologii elektrolýzy na výrobu hliníku z oxidu hlinitého. To okamžitě změnilo hru: těžba hliníku se stala mnohem jednodušší a výroba se od 1890. let 40. století exponenciálně zvýšila. V důsledku toho se ceny hliníku přirozeně propadly: během příštích 5 let cena „okřídleného kovu“ klesla XNUMXkrát. Všimněte si, že Hallova metoda obstála ve zkoušce času a stále je základem výroby primárního hliníku.

3. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI HLINÍKU. PLUS OPĚT O JEHO HLAVNÍCH VLASTNOSTÍCH

• Hustota hliníku: 2712 kg/m3 (2,7 g/cm3)
• Bod tání: +658°C pro technický hliník, +658°C pro vysoce čistý hliník
• Měrná tepelná kapacita: 897 J/kg K
• Součinitel tepelné vodivosti: 203,5 W/(m K)
• Elektrická vodivost: 3,7·107 S/m
• Elektrický odpor: 2.700 10 8−XNUMX Ohm m
• Je slabě paramagnetický
•Barva: stříbrná bílá
3.1. Hliník je jedním z nejlehčích kovů

Příklad ze stavebnictví: hliníkové konstrukce jsou při stejné nosnosti 2-3x lehčí než ocelové, což architektům rozhodně uvolňuje ruce. V letectví a kosmonautice je hliník obecně základním materiálem. V případě metra a příměstských vlaků použití hliníku mimo jiné snižuje náklady na elektřinu potřebnou k urychlení jízdy kolejových vozidel s častými zastávkami.

3.2. Hliník se nebojí koroze

Jde o nejtenčí (0,00001 mm) a extrémně odolný oxidový film, který tvoří spolehlivou přilnavost ke kovu. I když film selže, ve většině prostředí se okamžitě obnoví. Samostatně uvádíme značky slitin hliníku a hořčíku s Mg 3-6% („mořský hliník“). V mořském vzduchu korodují 100krát pomaleji než ocel, a proto se aktivně používají při stavbě lodí.

3.3. Hliník je tažný

Dá se vytáhnout ultratenkým (0,004 mm) drátem nebo srolovat do fólie, která bude třikrát tenčí než dospělý lidský vlas. Odlévání něčeho tvarovaného nebo detailně zpracovaného z hliníku je vždy vítáno, stačí si vybrat vhodnou odlévací slitinu.

3.4. Výborná vodivost

Mezi obecnými kovy pouze měď předčí hliník v elektrické vodivosti: 5,87 x 107 S/m u prvního oproti 3,7 x 107 S/m u druhého. Hliník má ale skrytý trumf: nízkou hustotu. Pokud tedy vyměníte všechny měděné rozvody v průměrném osobním autě za hliníkovo-zirkonové rozvody, auto ztratí ~12 kg.

3.5. Tepelná vodivost je také v pořádku

Pouze stříbro a měď jsou tepelně vodivější než hliník. Z tohoto důvodu se hliníkové slitiny často používají ve výměnících tepla a chladicích radiátorech. Mimo jiné jsou hliníkové slitiny téměř ideálními materiály pro kuchyňské náčiní: od hrnců až po těla kávovarů. Stejná hliníková pánev při zahřátí absorbuje pouze ~ 7 % zbytek energie jde na ohřev jídla.

3.6. Hliníkové slitiny jsou velmi pevné

Například dural není z hlediska měrné pevnosti horší než středně legované oceli. Navíc takzvané vysokopevnostní hliníkové slitiny dokonce překonávají tyto stejné oceli: ~18,5 km u první oproti ~15,4 km u druhé.

3.7. Hliník je šetrný k životnímu prostředí

Na rozdíl od mnoha jiných kovů se dá recyklovat donekonečna. Přibližně 75 % hliníku vyrobeného za těchto 150 let se dodnes používá.

4. HLINÍKOVÉ SLITINY

Samotný hliník se používá méně často než bezpočet slitin na jeho bázi. Jak jsme již řekli, hliník se aktivně kombinuje s jinými prvky a dokonce i drobné přísady mohou výrazně změnit jeho vlastnosti. Pravda, téměř vždy – za cenu zvýšení hustoty a poklesu odolnosti proti korozi. Výjimku zde tvoří pouze hořčík a mangan. Obojí slitinu vylehčuje a v určitém poměru (do 3,0 % pro Mg; do 1,0 % pro Mn) může dále zpomalovat korozi.

Obvykle se hliníkové slitiny dělí do tří skupin: tvářené, lité a slinuté.
5. DEFORMOVATELNÉ HLINÍKOVÉ SLITINY

Vyrábějí se z nich polotovary (plechy, profily, trubky. ) a různé díly lisováním, kováním, lisováním. Všechny tvářené slitiny se dělí na tepelně kalitelné a nekalitelné. Do první skupiny patří slitiny hliníku s hořčíkem a křemíkem, dále s hořčíkem a mědí. Do druhého – s manganem a s manganem a hořčíkem. V souladu s aktuální GOST 4784-2019 „Hliník a deformovatelné hliníkové slitiny. Marks“ pro značení se používá písmenné označení (AM, AK, V, VD, D. ) s výrobním číslem slitiny (například D18).

5.1. dural (dural, dural, dural)

Rodina průmyslových slitin Al-Cu-Mg: hliník (až 93 %), měď (až 5 %), hořčík (až 3 %). Mangan (~0,5 %) se zavádí jako přísada; křemík a železo jsou považovány za přírodní nečistoty.

Proč je dural zajímavý? Protože se v důsledku kalení nebo stárnutí stává pevným jako ocel a navíc se stává odolným vůči teplotním výkyvům. Proto se dural aktivně používá v letectví, automobilovém průmyslu a stavebnictví. Nejoblíbenější značky jsou D1 a D16. Druhá je mimochodem považována za nejodolnější hliníkovou slitinu ve stejném leteckém průmyslu, který se používá pro kritické součásti a součásti.

Slitiny systému Al-Mg-Si: hliník (až 98 %), hořčík (až 0,9 %), křemík (až 1,2 %). Mezi další legující prvky a nečistoty patří malá množství manganu, mědi, železa a zinku. Značky: AB, AD31, AD35.

Slitiny této skupiny jsou tažné, po vytvrzení a stárnutí se uspokojivě řežou a dobře svařují. Vyrábějí se z nich rámy jízdních kol, pouzdra na mobilní telefony, listy vrtulníků a lehkotonážní díly. Středně zatížené – protože letecký hliník je v pevnosti nižší než dural. Stejně jako v přizpůsobivosti teplotním výkyvům.

5.3. Vysoce pevné slitiny

Jedná se zejména o značky B95 a B96. Jejich systém je založen na kombinaci hliníku se zinkem, hořčíkem a mědí. Jak název napovídá, tyto slitiny jsou extrémně odolné proti roztržení, jejich specifická pevnost je dokonce vyšší než u středně legovaných ocelí. Za tepla jsou vysokopevnostní hliníkové slitiny tvárné – dobrý pomocník při výrobě zatěžovaných dílů, včetně prvků křídel letadel a rámů lodí. Z mínusů B95 a B96: citlivost na nízké teploty a korozi pod napětím.

5.4. Kovací slitiny

Tvárné a za tepla odolné hliníkové slitiny Al-Si-Mg-Cu. Značení je následující: AK a číslo – AK1, AK3, AK8 atd. Nejodolnější z kovaného hliníku je AK8, jsou z něj vyraženy zatížené komponenty jako listy vrtulníku a pomocné rámy motoru. Je pravda, že je technologicky nejméně pokročilý kvůli zvýšenému podílu mědi ve složení. Pro tvarované nebo vysoce přesné díly střední pevnosti, jako jsou spojovací prvky nebo kování, se používá AK5. Mimochodem, hliníková slitina AK5 – a zároveň duralové typy D20 a D21 – jsou klasifikovány jako žáruvzdorné. Používá se k výrobě hlav válců, částí proudových motorů a potahů nadzvukových letadel.

6. LITÉ HLINÍKOVÉ SLITINY

Tvarované, detailní výrobky, zejména tvarované (tvarovky), je mnohem pohodlnější odlévat do forem než řezat nebo lisovat. Přesnost se tedy snáze udržuje a spotřeba materiálu je menší: u tvarovaného odlitku se ztrácí 10 %, zatímco u lisování – 50 %. V případě náhlých ztrát jsou ztráty obzvláště velké: více než polovina kovu se stává hoblinkami.

6.1. Siluminy

Slitiny hliníku s křemíkem (4-22 %) a malým podílem nečistot, především Fe, Mn, Cu, Zn a Ti. Nejoblíbenější značkou je AK12 (AL2) s 10-13% křemíku ve složení.

Z hlediska fyzikálních vlastností připomíná silumin nerezovou ocel, je však třikrát lehčí. Ve srovnání s duralem není silumin ani poloviční, ale je mnohem odolnější vůči korozi, a to i v problematických prostředích – mořském, alkalickém a mírně kyselém. Pokud jde o nevýhody, některé z nich zahrnují poréznost, zrnitost a křehkost od jednoho odlitku k druhému. Navíc je nemožné posílit silumin tepelným zpracováním kvůli nerozpustnosti křemíku v hliníku. To je také důvod, proč se jakosti AK12 používají pro odlévání málo zatížených dílů: těles čerpadel, výměníků tepla, potrubních armatur, mlýnků na maso, výrobků pro domácnost atd.

6.2. Slitiny hliníku a mědi

Odlévací slitiny hliníku a mědi jsou jakosti jako AK7 (AL7), AM5 (AL19) s podílem mědi ~4-5,5 % ve složení. Mezi zbývající legující přísady a nečistoty patří Si (do 8 %), Fe (do 1,6 %), Mn (do 0,8 %) a Zn (do 0,6 %).

Co je na těchto slitinách zvláštní? Po tepelném zpracování se dobře řežou a svařují, mají výborné mechanické vlastnosti a jsou žáruvzdorné: horní teplotní limit je +300°C. Jejich tekutost a segregace jsou přitom znatelně horší než u stejných siluminů a jejich použití je omezeno na jednoduché formy.

6.3. Slitiny hliníku s hořčíkem (magnalium)

Slévárenská magnalia jsou skupinou hliníkových slitin s Mg 4-13 %, mezi nimiž vynikají dvě jakosti: AL8 a AMg10 (AL27). Oba našly uplatnění při stavbě lodí díky svým vynikajícím antikorozním vlastnostem, dobré svařitelnosti a řezné schopnosti a vysoké únavové pevnosti. Současně jsou odlévací vlastnosti magnalia nízké, i když je lze zlepšit přidáním přísady Mn 0,2-0,8 %

6.4. Žáruvzdorné licí slitiny

Tyto slitiny jsou systémem Al-Cu-Ni-Mg, přizpůsobeným teplotám do +275. +300°C (AL1) nebo do +300. +350°C (AL21). Zvýšenou tepelnou odolnost zajišťuje především zavedení Mn, Ti, Ce a Zr.

7. SINTROVANÉ HLINÍKOVÉ PRÁŠKY A SLITINY

Nebo SAP a SAS jiným způsobem. Obě skupiny jsou zrnité kompozice získané nástřikem tekutého hliníku (LAP) nebo roztaveného hliníku s velkým množstvím legujících prvků (SAS).

Jde o to. Krystalizují rozstříkané kapky hliníku. Poté jsou rozemlety na prášek, briketovány, odplyněny a lisovány do polotovaru určeného k pečení pod tlakem. Výstupem je materiál, který zůstává stabilní i při +260. +320°C, snadno se řeže a zpracovává a je výrazně pevnější než tzv. žáruvzdorné slitiny. Odtud typický rozsah použití SAP/SAS: výroba pístů motorů, lopatek kompresorů, výměníků tepla atd.

8. ZMÍNÁME TAKÉ: HLINÍKOVÉ SLITINY LOŽISEK

Patří sem hliníkové slitiny systému Al-Sn-Cu-Ni-Si. Antifrikční vlastnosti jsou zde určeny především procentem cínu ve složení. Zároveň by obsah cínu v licích slitinách neměl překročit 10-12 %, jinak cínová síť vytvořená za takových podmínek výrazně sníží odolnost proti únavě. Do tvářených slitin, kde se tato síť jednoduše rozkládá, lze přidat více cínu.

9. NA ZÁVĚR: O HLINÍKOVÝCH KLIKÁCH DVEŘÍ

Jako výrobce dveřního kování jsme tento problém prostě nemohli ignorovat.

První věc, kterou je třeba objasnit. Není zcela správné říkat „dveřní kliky z hliníku“, protože čistý (technický) hliník je pro odlévání polotovarů nevhodný. Místo toho výrobci používají lité hliníkové slitiny – hlavně dvojité siluminy s eutektickou strukturou, jako je AK12ch.

Co je zvláštního na rukojeti z hliníkové slitiny? Řekneme vám to prizmatem srovnání s madly z dalšího oblíbeného materiálu – TsAM.

• Lehkost. Dveřní klika vyrobená z hliníku je 2krát lehčí než podobná klika vyrobená z TsAM.

• Levné. Silumin je levnější než TsAM, takže hliníkové rukojeti stojí od 400 do 500 rublů a rukojeti TsAM stojí od 700 do 900 rublů.

• Více drobných závad. Siluminové odlitky jsou poréznější než odlitky ZAM. Navíc díky zrnitosti a nízké hustotě siluminu je při broušení odlitků nevyhnutelný vznik plynových kapes – jinými slovy bublin. Tyto nedostatky jsou samozřejmě většinou drobné, ale i tak.

• Rychlejší opotřebení. Přilnavost k povlaku závisí především na obsahu mědi. Siluminy typu AK12ch obsahují pouze 0,02 % mědi, zatímco v TsAM 4-1 používaném pro odlévání rukojetí je to 0,7-1,2 %. To je z velké části důvod, proč se hliníkové rukojeti rychleji opotřebovávají. První znatelné závady se mohou objevit již ve třetím roce používání nebo i dříve, pokud je klika instalována v koupelně nebo v silně frekventované místnosti.

Pokud hledáte, kde koupit levné hliníkové dveřní kliky od výrobce, nezapomeňte se podívat na náš katalog. V něm najdete madla pro palladium a „Lock Factory“ na kulatých a čtvercových rozetách za ceny od ~500 rublů. Jako materiál používáme slitinu hliníku a křemíku AK12M2 s vysokým obsahem mědi, která zlepšuje přilnavost materiálu ke galvanickému povlaku. Díky tomu zůstane rukojeť jako nová déle, než kdyby byla odlita z levnější slitiny AK12ch.

Oblast dodání našeho internetového obchodu: celé Rusko, stejně jako Bělorusko, Kazachstán a Kyrgyzstán (Bishkek). Způsoby příjmu: kurýrem, přepravními společnostmi, vlastní vyzvednutí ze skladu nebo z odběrných míst Boxberry/SDEK. Máte-li jakékoli dotazy ohledně sortimentu nebo služby, zavolejte nebo napište online konzultantovi nebo messengerům.