Алюминий: свойства, виды, применение, способы обработки

Алюминий стал основой современной индустрии, по масштабам применения он уступает только стали. Металл обладает лёгкостью, прочностью, устойчивостью к коррозии, поэтому он стал ключевым материалом в строительстве, машиностроении, авиакосмической отрасли, энергетике и даже в быту.

Начиная с XIX века производство алюминия стало стратегически важным направлением металлургии. Этот металл используется для создания конструкций, которые должны быть одновременно прочными и лёгкими: мостов, самолётов, фасадных систем, энергетических линий.

Он хорошо поддаётся металлообработке. Его легко прокатывать, резать, прессовать, сваривать, а различные сплавы меняют его характеристики под конкретные задачи. Это делает его универсальным материалом для промышленности, повседневной жизни.
Если вам нужны конкретные позиции и прайс, переходите в наш раздел алюминиевый прокат.

Основные свойства алюминия

Уникальность алюминия в том, что при небольшой массе он имеет набор характеристик, которые редко встречаются в комплексе у других металлов. Именно это сочетание сделало его базовым материалом для многих отраслей — от авиации до энергетики. Разберём подробнее его физические, механические, технологические свойства.

Физические свойства алюминия

Ключевые физические параметры определяют, где и как этот металл применяется.

• Плотность — всего 2,7 г/см³, это в три раза меньше, чем у стали, что обеспечивает лёгкость конструкций.
• Температура плавления — 660 °C, относится к легкоплавким металлам.
• Теплопроводность — около 235 Вт/(м·К). Это выше, чем у стали, что делает его востребованным для теплообменников.
• Электропроводность — до 65% от показателей меди. Этого достаточного, чтобы использовать его для кабелей, проводов.
• Коррозионная стойкость — на поверхности образуется тонкая оксидная плёнка, которая защищает металл от влаги, химических воздействий.

Механические и технологические характеристики

Механика показывает, насколько металлопрокат пригоден для обработки, эксплуатации. В случае алюминия эти качества делают его одним из самых удобных материалов для промышленности.

В чистом виде металл относительно мягкий, но некоторые его сплавы, такие как дюраль, обладают высокой прочностью. Также он сохраняет прочность при низких температурах (ударная вязкость). 

Обладает пластичностью, ковкостью — его легко прокатать в листы, вытянуть в проволоку, прессовать в профиль. Он хорошо режется, штампуется, подвергается токарной, фрезерной обработке.

Почему алюминий востребован в строительстве и машиностроении

Ни одна современная отрасль не обходится без конструкций из алюминия. Его преимущества особенно ярко проявляются там, где важны прочность при минимальном весе и долговечность в эксплуатации. Это позволяет уменьшать нагрузку на конструкции, снижать расход материалов, топлива, например, в самолётах, автомобилях.

Устойчивость к атмосферным воздействиям делает этот металл идеальным для фасадов, кровель, оконных систем. А энергетическая эффективность помогает снижать эксплуатационные расходы. При этом детали легко транспортировать, устанавливать, что повышает удобство монтажа.
Подробные таблицы и примеры вы найдёте в материале о размерах, весе и расчёте алюминиевого проката.

Виды алюминия и марки

Чтобы правильно выбрать металл под задачу, важно понимать, какие разновидности алюминия существуют, чем они отличаются. ГОСТы содержат информацию о химическом составе, механических свойствах разных марок.

Какие виды алюминия бывают

Алюминий разделяют по степени чистоты, назначению:

• первичный — получают из руды/бокситов. Используют для производства проката, сплавов;
• вторичный — производится при переработке лома. Востребован в строительстве, машиностроении. Характеристики зависят от исходного сырья;
• технический — его чистота доходит до 99–99,7%. Его применяют в строительстве, энергетике, кабельной промышленности;
• высокочистый — более 99,9%. Его используют в электронике, оптике, вакуумной технике.

Основные марки алюминия и их характеристики

По ГОСТ 11069-2001 — первичный алюминий, ГОСТ 4784-97 — деформируемые сплавы, выделяют такие популярные марки:

• А0, А5, А7, А8 — технический металл различной чистоты от 99% до 99,8%. Его отличие в высокой электропроводности, коррозионной стойкости;
• АД31 — деформируемый сплав, устойчив к коррозии, хорошо поддаётся анодированию, его применяют в строительных профилях;
• Д16 — дюралюминий — сплав с медью, магнием. Отличается высокой прочностью, востребован в авиастроении, машиностроении;
• АМг: Амг2, Амг5, Амг6. Сплавы с магнием. Применяются в судостроении, поскольку имеют коррозионную стойкость в морской воде.

ГОСТ и стандартизация алюминия

Система ГОСТ обеспечивает единые требования к составу, структуре, качеству металла. Это гарантирует предсказуемость его свойств при применении.

ГОСТы:

— 11069-2001 — первичный;

— 4784-97 — сплавы деформируемые, технические условия;

— 1583-93 — сплавы литейные;

— 21631-76 — полуфабрикаты из сплавов. 
Подробнее о классификации можно прочитать в статье «Виды и марки алюминия».

Алюминиевый прокат и изделия

Востребованность алюминиевого проката объясняется сочетанием лёгкости, прочности, удобства обработки. Его производят в различных видах и применяют практически во всех отраслях промышленности.

Металлопрокат из алюминия

Металлопрокат — это полуфабрикаты, из которых изготавливают готовые детали, конструкции. К ним относятся: листы, плиты, трубы, профили, прутки, круги, шестигранники, проволока, ленты.

Каждый вид проката имеет разный состав, свойства и применяется в зависимости от задач.

Основные изделия: плиты, трубы, прутки, круги

Наиболее распространённые виды изделий — это плиты, трубы, прутки, круги. Каждая категория используется в разных отраслях.

Плиты, листы обычно применяют в строительстве, авиации, машиностроении. Трубы востребованы в инженерных системах, теплообменниках, архитектурных конструкциях. Прутки, круги служат основой для производства деталей в приборостроении, машиностроении. А шестигранники часто используют для изготовления крепёжных элементов — гаек, болтов, других метизов.

Сферы применения алюминиевых изделий

Алюминиевый прокат встречается практически в каждой сфере жизни. В строительстве из него делают фасадные профили, оконные системы, кровельные покрытия. В транспортной отрасли применяют при производстве кузовов автомобилей, корпусов судов, вагонов, где важны прочность, лёгкость. Авиационная промышленность не обходится без алюминиевых листов, профилей для обшивки и внутренних конструкций самолётов. В энергетике этот металл востребован для кабелей, линий электропередач благодаря высокой проводимости. Также часто можно встретить  металл в дизайне, архитектуре. Из него создают декоративные панели, элементы мебели, детали интерьера.

Подробный обзор вы найдёте в материале «Алюминиевый прокат: ассортимент и применение».

Обработка алюминия

Этот вид металлопроката хорошо поддаётся металлообработке: лёгкий, прочный, пластичный, легко режется, сваривается. Из него изготавливают изделия самых разных форм, размеров от тонкой проволоки до массивных конструкций. При этом важно учесть особенности работы с материалом, чтобы сохранить его свойства, долговечность.

Основные методы обработки алюминия

Наиболее распространённые способы обработки:

— литьё. Таким способом получают заготовки со сложными формами;

— прокатка. Для производства листов, лент;

— прессование. Используют при изготовлении профилей для простых и сложных конструкций;

— термическая обработка. Помогает улучшить прочность, износостойкость.

Токарная обработка алюминия

Это один из востребованных методов обработки. Металл легко поддаётся резанию, но требует заточенного инструмента с подходящей геометрией, эффективным охлаждением. Это позволяет получать детали с высокой точностью, чистой поверхностью. Благодаря мягкости материала время обработки сокращается, а износ инструмента минимален.

Особенности сварки, резки и механической обработки

Сварка имеет особенности: металл быстро окисляется, поэтому чаще всего используют метод аргоновой сварки. Она обеспечивает прочный, аккуратный шов. 

Для резки применяют механические, плазменные, лазерные станки. Выбор зависит от толщины, назначения изделия. При механической обработке важно контролировать нагрев: слишком высокая температура может привести к изменению структуры, свойств сплава. Оптимальная допустимая температура — не выше 150–200 °C. Чтобы избежать перегрева, используют СОЖ — смазочно-охлаждающие жидкости.

Более детально методы раскрыты в статье «Обработка алюминия: технологии и влияние на выбор проката».

Производство алюминия

Это сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Он требует значительных энергозатрат, развитой промышленной инфраструктуры. С конца XIX века технология получения этого металла практически не изменилась. Но современные предприятия стали уделять больше внимания экологичности, энергоэффективности.

Как получают: от руды до металла

Исходным сырьём служат бокситы — руды, которые содержат до 50–60% оксидов алюминия. Сначала из бокситов получают глинозём по методу Байера — обработка руды щёлочью. Затем глинозём подвергают электролизу по процессу Холла-Эру: в специальных электролизёрах при температуре около 950 °C происходит разложение оксида на чистый металл и кислород. Полученный металл оседает на катоде и собирается в жидком виде.

Современные технологические и экологические аспекты

Традиционная технология производства энергоёмка, поэтому заводы стремятся снизить потребление электроэнергии за счёт более эффективных электролизёров и использования возобновляемых источников энергии. Также всё больше внимания уделяют переработке лома: вторичный требует примерно в 20 раз меньше энергии по сравнению с производством из руды. При этом его свойства практически не уступают первичному металлу. 

Ещё развивается технология «зелёного алюминия»: основной акцент сделан на сокращении выбросов углерода, сохранении природных ресурсов. Либо получение путём использования энергии из возобновляемых источников.

Перспективы развития алюминиевой промышленности

В ближайшие года роль алюминия в промышленности будет расти. Это обусловлено тем, что металл востребован в автомобильной, авиакосмических отраслях, где требуется снижение веса при сохранении прочности. Также перспективным направлением остаётся разработка новых сплавов, которые позволят расширить применение алюминия в строительстве, транспорте, электронике.

Часто задаваемые вопросы

Поделиться: