Алюминий - (реферат)
p>Содержание влаги в бокситах любых марок установлено в зависимости от их месторождения: наименьшая влажность (не более 7 %) устанолена для бокситов южно-уральских месторождений, а для северо-уральских, каменск-уральских и тихвинских-соответственно не более 12, 16 и 22%. Показатель влажности не является браковочным признаком и служит то лько для расчетов с потребителем.Боксит поставляют в кусках размером не более 500 мм. Перевозят его навалом на платформах или в гондолах.
Н е ф е л и н Na(AlSiO )-минерал светло-серого или зеленоватого цвета. Твердость 5. 5-6. Содержит 30-40% Al O . Используют нефелин как металлургическую руду для последовательного извлечения глинозема и алюминия, а также в химической, стекольной и кожевенной промышленно сти.
А л у н и т (квасцовый камень) KAl (SO ) (OH) -минерал белого, се рого или красноватого цвета. Твердость 3. 5-4. 0. Содержит 37 % Al O . Служит для получения квасцов, глинозема и калиевых солей.
К а о л и н Al O 2SiO 2H O-распространенная горная порода. По внешнему виду это белая землянистая масса, являющаяся продуктом раз рушения кристаллических пород-гранитов, гнейсов и др. Твердость около 1, содержит 37. 5 % Al O . Каолин применяют для производства фарфоро вых и фаянсовых изделий, изоляторов, а также как наполнитель в рези новой промышленности.
Г л и н о з е м Al O является концетратом, получаемым из различ ных алюминиевых руд. Его поставляют в виде белого кристаллического порошка.
Глинозем является основным сырьем для получения металлического алю миния. Кроме того, его используют и в других отраслях промышленности абразивной, радио и др. У нас в стране производят глинозем восьми ма рок, физико-химическим составом и назначением.
Для производства первичного алюминия предназначен глинозем марок ГА85, ГА8, ГА6 и ГА5. Буквенная часть марок указывает на область при менения глинозема, а цифры-на степень чистоты получаемого алюминия: это сотые и десятые доли процента сверх 99 %. Например, марка ГА85 глинозем для получения алюминия со степенью чистоты 99. 85 %, а марка ГА5-то же, но со степенью чистоты 99. 5 %.
Для производства белого электрокорунда применяют глинозем марки ГЭ5, высокоглиноземистых огнеупоров-ГО, электроизоляционных изделий ГК и для электровакуумной промышленности и специальных видов радиоке рамики-ГЭВ.
В глиноземах всех назначений нормируются потери при прокаливании (в разных марках от 0. 4 до 1. 2 %), содержание кремнезема (от 0. 03 до 0. 5 %), окиси железа (от 0. 035 до 0. 1 %) и окиси щелочных металлов (от 0. 1 до 0. 6 %).
Влага, удаляемая при 120 C, не нормируется.
Как уже сказано, по физическому состоянию глинозем имеет вид порош ка. Особенно строгие требования по гранулометрическому составу предь являют к глинозему марки ГЭВ, в котором частицы должны иметь округлую форму и их размер не должен превышать 3 мкм.
Глинозем марок ГК и ГЭВ при поставке обязательно упаковывают в мно гослойные бумажные мешки или в сухие мешки из плотной ткани. Перево зят их в закрытых железнодорожных вагонах и трюмах. Глинозем осталь ных шести марок можно упаковывать в мешки, но чаще его перевозят без тары навалом в специальных (цементовозах, цистернах и т. д. ).
Прочность алюминия незначительна, поэтому для изготовления любых из делий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достато чно много марок.
Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изме няет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобрета ется жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелате льные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается от носительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколь ко повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стой кость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластич ность в нагретом состоянии, а литейные-хорошую жидкотекучесть. Для по лучения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.
Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только техниче ски чистый алюминий, о котором речь шла выше, но также и двойные спла вы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и несколько отли чаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общей содержание примесей в них 0. 5-1. 7 %. Эти сплавы назы вают силуминами и маркируют у нас в стране СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2. Поставляют их в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг. Силумин в чушках тоже явля ется товаром на мировом рынке.
Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном ра створимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем пре дел их растворимости при высокой температуре. В них не должно эвтекти ки, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.
Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наиболь шую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хоро шую обрабатываемость давлением.
Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно не больших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.
Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неупрочняе мые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава заметно повышать прочность при термической обработке.
Структурные превращения, происходящие в алюминиевых сплавах при их термической обработке, существенно отличается от таковых в стали пото му, что алюминий не имеет аллотропического превращения. В них повыше ние прочности может происходить только за счет процессов, связанных с выделением из перенасыщенного в результате закалки твердого раствора каких-то упрочняющих фаз.
Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии-сплавы алю миния с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них нахо дится в пределах 2. 2-7 %.
Название марок дюралюминия начинается буквой Д, затем идет цифра, которая не отражает химического состава, а представляет собой просто номер. В разное время было разработано много марок дюралюминия, но многие из них не нашли широкого применения. Сейчас промышленность вы пускает пять основных марок дюралюминия, химический состав которых приведен в таблице.
____________________________________________________________________ | | Основной химический состав, % | | Дюралюми-|_________________________________________________________| | ний | Cu | Mn | Mg | Si, не | Fe, не |
| | | | | более | более | |__________|__________|__________|__________|____________|___________| | Д1......... | 3, 8-4, 8 | 0, 4-0, 8 | 0, 4-0, 8 | 0, 7 | 0, 7 | | | | | | | | | Д16....... | 3, 8-4, 9 | 0, 3-0, 9 | 1, 2-1, 8 | 0, 5 | 0, 5 | | | | | | | | | Д18....... | 2, 2-3, 0 |
Медь растворяется в алюминии в количестве 0, 5% при комнатной темпе ратуре и 5, 7% при эвтектической температуре, равной 548 C . Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизи тельно до 500 C ). При этой температуре его структура представляет со бой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т. е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной тем пературе. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т. е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен. Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для крис таллов химического соединения CuAl . Химическое соединение еще не об разуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердо го раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительно му повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластич ности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при ком натной температуре носит название естественного старения.
Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение пер вых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву макси мальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C , то произойдет искуственное старение. В этом случае про цесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Обьясня ется это тем, что при более высокой температуре диффузионные переме щения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит за вершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем дей ствие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естест венном старении.
Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температу ре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естест венном старении в течении четырех дней.
Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состо янии несколько более пластичными, чем они, являются алюминиевые спла вы для поковок и штамповок, которые маркируют буквами АК (алюминий кованый) и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).
