Алюміній якась сталь. Алюміній чи нержавіюча сталь, що краще. Порівняльний аналіз фізико-механічних властивостей матеріалів
Алюміній та нержавіюча сталь можуть виглядати схожими, але насправді вони зовсім різні. Запам'ятайте ці 10 відмінностей та керуйте ними під час вибору типу металу для вашого проекту.
- Співвідношення міцності та ваги.Алюміній зазвичай не такий міцний, як сталь, але при цьому він набагато легший. Це основна причина, чому літаки виготовлені з алюмінію.
- Корозія.Нержавіюча сталь складається із заліза, хрому, нікелю, марганцю та міді. Хром додають як елемент для забезпечення корозійної стійкості. Алюміній має високу стійкість до окислення і корозії, головним чином, завдяки спеціальній плівці на поверхні металу (шару, що пасивує). Коли алюміній окислюється, його поверхня стає білою і іноді на ній з'являються западинки. У деяких екстремальних кислотних або лужних середовищах алюміній може зазнати корозії з катастрофічною швидкістю.
- Теплопровідність.Алюміній має набагато кращу теплопровідність, ніж нержавіюча сталь. Це одна з основних причин, через яку він використовується для автомобільних радіаторів та кондиціонерів.
- Вартість.Алюміній зазвичай дешевше, ніж нержавіюча сталь.
- Технологічність.Алюміній досить м'який і легше ріжеться та деформується. Нержавіюча сталь більш міцний матеріал, але з ним важче працювати, тому що він піддається деформації з великими труднощами.
- Зварювання.Нержавіюча сталь відносно легко зварюється, тоді як із алюмінієм можуть виникнути проблеми.
- Теплові властивості.Нержавіюча сталь може використовуватися за набагато більш високих температур, ніж алюміній, який може стати дуже м'яким вже за 200 градусів.
- Електрична провідність.Нержавіюча сталь - справді поганий провідник у порівнянні з більшістю металів. Алюміній – навпаки, дуже гарний провідник електрики. З-за високої провідності, малої маси та корозійної стійкості високовольтні повітряні лінії електропередач зазвичай виготовляються з алюмінію.
- Міцність.Нержавіюча сталь міцніша за алюміній.
- Вплив на продукти харчування.Нержавіюча сталь меншою мірою вступає в реакцію з продуктами. Алюміній може реагувати на продукти, які можуть впливати на колір та запах металу.
Ще не знаєте, який метал підходить для ваших цілей? Зв'яжіться з нами по телефону, електронною поштою або приїжджайте до нашого офісу. Наші менеджери з роботи з клієнтами допоможуть вам зробити правильний вибір!
Опис алюмінію:Алюміній не має поліморфних перетворень, має грати гранецентрованого куба з періодом а=0,4041 нм. Алюміній та його сплави добре піддаються гарячій та холодній деформації — прокатці, ковці, пресуванні, волоченню, згинанні, листовому штампуванню та іншим операціям.
Усі алюмінієві сплави можна з'єднувати точковим зварюванням, а спеціальні сплави можна зварювати плавленням та іншими видами зварювання. Деформовані алюмінієві сплави поділяються на термічною обробкою, що зміцнюється і не зміцнюється.
Всі властивості сплавів визначають не тільки способом отримання напівфабрикату заготівлі та термічною обробкою, але головним чином хімічним складом та особливо природою фаз – зміцнювачів кожного сплаву. Властивості старіючих алюмінієвих сплавів залежать від видів старіння: зонного, фазового чи коагуляційного.
На стадії коагуляційного старіння (Т2 і ТЗ) значно підвищується корозійна стійкість, причому забезпечується найбільш оптимальне поєднання характеристик міцності, опору корозії під напругою, корозії, що розшаровує, в'язкості руйнування (К 1с) і пластичності (особливо у висотному напрямку).
Стан напівфабрикатів, характер плакування та напрямок вирізки зразків позначені наступним чином. Умовні позначення прокату з алюмінію:
М - М'який, відпалений
Т - загартований і природно зістарений
Т1 - загартований і штучно зістарений
Т2 - загартований і штучно зістарений за режимом, що забезпечує більш високі значення в'язкості руйнування і кращий опір корозії під напругою
ТЗ - загартований і штучно зістарений за режимом, що забезпечує найвищі опори корозії під напругою і в'язкість руйнування
Н - Нагартований (нагартовування листів сплавів типу дуралюмії приблизно 5-7%)
П - Напівнагартований
H1 - Посилено нагартований (нагартування листів приблизно 20%)
ТПП - загартований і природно зістарений, підвищеної міцності
ГК - Гарячекатані (листи, плити)
Б - Технологічне плакування
А - Нормальне плакування
УП - Потовщене плакування (8% на бік)
Д - Поздовжній напрямок (вздовж волокна)
П - Поперечний напрямок
В - Висотний напрямок (товщина)
X - Хордовий напрямок
Р - Радіальний напрямок
ПД, ДП, ВД, ВП, ХР, РХ - Напрямок вирізки зразків, що застосовується для визначення в'язкості руйнування та швидкості зростання тріщини втоми. Перша буква характеризує напрямок осі зразка, друга — напрямок площини, наприклад: ПВ — вісь зразка збігається з шириною напівфабрикату, а площина тріщини паралельна висоті або товщині.
Аналіз та отримання проб алюмінію: Руди.В даний час алюміній отримують лише з одного виду руди - бокситів. У бокситах, що зазвичай використовуються, міститься 50—60% А 12 Про 3 ,<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.
Проби від бокситів відбирають за загальними правилами, звертаючи особливу увагу на можливість поглинання вологи матеріалом, а також різне співвідношення часток великих і дрібних частинок. Маса проби залежить від величини випробуваної поставки: від кожних 20 т необхідно відбирати у загальну пробу щонайменше 5 кг.
При відборі проб бокситу в конусоподібних штабелях від усіх великих шматків масою >2 кг, що лежать в колі радіусом 1 м, відколюють маленькі шматочки і відбирають у лопату. Об'єм, що бракує, заповнюють дрібними частинками матеріалу, взятими з бічної поверхні випробуваного конуса.
Відібраний матеріал збирають у судини, що щільно закриваються.
Весь матеріал проби подрібнюють у дробарці до частинок розміром 20 мм, зсипають у конус, скорочують і знову дроблять до частинок розміром<10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.
Подальшу підготовку проби для аналізу проводять після висушування при 105° С. Розмір частинок проби для аналізу має бути меншим за 0,09 мм, кількість матеріалу 50 кг.
Підготовлені проби бокситу дуже схильні до розшарування. Якщо проби, що складаються з частинок розміром<0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава. Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.
Проби від рідких розплавів фторидів, що застосовуються при електролізі алюмінієвого розплаву в якості електролітів, відбирають сталевим черпаком з рідкого розплаву після видалення твердої настилі з поверхні ванни. Рідку пробу розплаву зливають у виливницю і отримують невеликий зливок розмірами 150х25х25 мм; потім всю пробу подрібнюють до розміру частинок лабораторної проби менше 0,09 мм.
Плавка алюмінію:Залежно від масштабів виробництва, характеру лиття та енергетичних можливостей плавку алюмінієвих сплавів можна проводити в печах тигельних, в електропечах опору і в індукційних електропечах.
Плавка алюмінієвих сплавів повинна забезпечувати не тільки високу якість готового сплаву, а й високу продуктивність агрегатів та, крім того, мінімальну вартість лиття.
Найбільш прогресивним методом плавлення алюмінієвих сплавів є метод індукційного нагрівання струмами промислової частоти.
Технологія виготовлення алюмінієвих сплавів складається з тих же технологічних етапів, що і технологія виготовлення сплавів на основі будь-яких інших металів.
1. При проведенні плавки на свіжих чушкових металах і лігатурах в першу чергу завантажують (повністю або частинами) алюміній, а потім розчиняють лігатури.
2. При проведенні плавки з використанням у шихті попереднього чушкового сплаву або чушкового силуміну в першу чергу завантажують і розплавляють чушкові сплави, а потім додають необхідну кількість алюмінію та лігатур.
3. У тому випадку, коли шихта складена з відходів та чушкових металів, її завантажують у наступній послідовності: чушковий первинний алюміній, браковані виливки (зливки), відходи (першого сорту) та рафінований переплав та лігатури.
Мідь можна вводити у розплав у вигляді лігатури, а й як електролітичної міді чи відходів (введення шляхом розчинення).
Сьогодні алюміній використовується практично у всіх галузях промисловості, починаючи з виробництва харчового посуду та закінчуючи створенням фюзеляжів космічних кораблів. Для тих чи інших виробничих процесів підходять лише певні марки алюмінію, які мають певні фізико-хімічні властивості.
Головні властивості металу - висока теплопровідність, ковкість та пластичність, стійкість до утворення корозії, невелика вага та низький омічний опір. Вони знаходяться у прямій залежності від відсоткового вмісту домішок, що входять до його складу, а також від технології одержання або збагачення. Відповідно до цього виділяють основні марки алюмінію.
Види алюмінію
Всі марки металу описані та внесені до єдиної системи визнаних національних та міжнародних стандартів: Європейських EN, Американських ASTM та міжнародних ISO. У нашій країні марки алюмінію визначені ГОСТом 11069 та 4784. У всіх документах розглядаються окремо. При цьому сам метал підрозділяється саме на марки, а сплави не мають певних знаків.
Відповідно до національних та міжнародних стандартів, слід виділити два види мікроструктури нелегованого алюмінію:
- високої чистоти із відсотковим вмістом понад 99,95%;
- технічної чистоти, що містить близько 1% домішок та добавок.
Як домішки найчастіше розглядають сполуки заліза і кремнію. У міжнародному стандарті ISO для алюмінію та його сплавів виділено окрему серію.
Марки алюмінію
Технічний вид матеріалу ділиться на певні марки, які закріплені за відповідними стандартами, наприклад, АД0 за ГОСТ 4784-97. При цьому класифікацію входить і метал високої частоти, щоб не створювати плутанину. Ця специфікація містить такі марки:
- Первинний (А5, А95, А7Е).
- Технічний (АД1, АД000, АДС).
- Деформується (АМг2, Д1).
- Ливарний (ВАЛ10М, АК12пч).
- Для розкислення сталі (АВ86, АВ97Ф).
Крім того, виділяють і категорії лігатури – сполуки алюмінію, які використовуються для створення сплавів із золота, срібла, платини та інших дорогоцінних металів.
Первинний алюміній
Первинний алюміній (марка А5) – типовий приклад цієї групи. Його одержують шляхом збагачення глинозему. У природі метал у чистому вигляді не зустрічається через його високу хімічну активність. Поєднуючись з іншими елементами, він утворює боксити, нефеліни та алуніти. Згодом із цих руд одержують глинозем, а з нього за допомогою складних хіміко-фізичних процесів – чистий алюміній.
ГОСТ 11069 встановлює вимоги до марок первинного алюмінію, які слід відзначити шляхом нанесення вертикальних і горизонтальних смуг фарбою, що не змивається, різних кольорів. Даний матеріал знайшов широке застосування у передових галузях промисловості, головним чином там, де від сировини потрібні високі технічні характеристики.
Технічний алюміній
Технічним алюмінієм називають матеріал із відсотковим вмістом сторонніх домішок менше 1%. Дуже часто його також називають нелегованим. Технічні марки алюмінію згідно з ГОСТ 4784-97 характеризуються дуже низькою міцністю, але високою антикорозійною стійкістю. Завдяки відсутності у складі легуючих частинок на поверхні металу швидко утворюється захисна плівка, яка відрізняється стійкістю.
Марки технічного алюмінію відрізняються і гарною тепло- та електропровідністю. У їх молекулярних ґратах практично відсутні домішки, які розсіюють потік електронів. Завдяки цим властивостям матеріал активно використовується у приладобудуванні, при виробництві нагрівального та теплообмінного обладнання, предметів освітлення.
Деформований алюміній
До алюмінію, що деформується, відносять матеріал, який піддають гарячій і холодній обробці тиском: прокатці, пресування, волочення та інших видів. В результаті пластичних деформацій з нього одержують напівфабрикати різного поздовжнього перерізу: алюмінієвий пруток, лист, стрічку, плиту, профілі та інші.
Основні марки деформованого матеріалу, що використовується на вітчизняному виробництві, наведені в нормативних документах: ГОСТ 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 і OCT1 90026. Характерною особливістю деформованої сировини є тверда структура розчину з великим вмістом евтек двома або твердішими станами речовини.
Область застосування алюмінію, що деформується, як і та, де застосовується алюмінієвий пруток, досить велика. Він використовується як в областях, що вимагають високих технічних характеристик від матеріалів - в кораблі-і літакобудуванні, так і на будівельних майданчиках як сплав для зварювання.
Ливарний алюміній
Ливарні марки алюмінію використовуються для виготовлення фасонних виробів. Їх головною особливістю є поєднання високої питомої міцності та низької густини, що дозволяє відливати вироби складних форм без утворення тріщин.
Відповідно до свого призначення, ливарні марки умовно поділяються на групи:
- Високогерметичні матеріали (АЛ2, АЛ9, АЛ4М).
- Матеріали з високою міцністю та жаростійкістю (АЛ 19, АЛ5, АЛ33).
- Речовини із високою антикорозійною стійкістю.
Дуже часто експлуатаційні характеристики виробів із ливарного алюмінію підвищують різними видами термічної обробки.
Алюміній для розкислення
На якість виробів впливає і те, які має алюміній фізичні властивості. І застосування низькосортних сортів матеріалу не обмежується створенням напівфабрикатів. Дуже часто він використовується для розкислення сталі - видалення з розплавленого заліза кисню, який розчинений у ньому і тим самим підвищує механічні властивості металу. Для проведення цього процесу найчастіше застосовуються марки АВ86 та АВ97Ф.
Вибираючи металовироби – сушки для рушників і перила, посуд і огородження, решітки або поручні – ми вибираємо, в першу чергу, матеріал. Традиційно конкуруючими вважаються нержавіюча сталь, алюміній та звичайна чорна сталь (вуглецева). Володіючи подібними характеристиками вони, тим не менш, істотно відрізняються один від одного. Має сенс порівняти їх і розібратися, що ж краще: алюміній чи нержавіюча сталь(чорна сталь, через низьку корозійну стійкість, розглядатися не буде).
Алюміній: характеристики, переваги, недоліки
Один із найлегших металів, що в принципі використовуються в промисловості. Дуже добре проводить тепло, не схильний до кисневої корозії. Алюміній випускається кількох десятків видів: кожен зі своїми добавками, що збільшують міцність, стійкість до окиснення, ковкість. Однак, за винятком дуже дорогого авіаційного алюмінію, всім їм притаманний один недолік: надмірна м'якість. Деталі цього металу легко деформуються. Саме тому неможливе використання алюмінію там, де під час експлуатації на виріб впливає великий тиск (гідроудари в системах водопостачання, наприклад).
Стійкість до корозії у алюмініюдещо завищена. Так, метал не «прогниє». Але тільки за рахунок захисного шару з оксиду, який на повітрі утворюється на виробі за лічені години.
Нержавіюча сталь
Сплав практично не має недоліків – окрім високої ціни. Він не боїться корозії не теоретично, як алюміній, а практично: на ньому не з'являється оксидної плівки, а значить, згодом. нержавіюча сталь» не тьмяніє.
Трохи важча, ніж алюміній, нержавіюча сталь чудово справляється з ударними впливами, високим тиском та стиранням (особливо марки, в яких є марганець). Теплопередача у неї гірша, ніж у алюмінію: але завдяки цьому метал не потіє, на ньому менше конденсату.
За підсумками порівняння стає ясно – для виконання завдань, де потрібна мала вага металу, міцність та надійність, нержавіюча сталь краще, ніж алюміній.