Диски, банки и самолеты:алюминий и алюминиевые отливки

Добыча, переработка и литье в литейных цехах

Растущая популярность алюминия

Алюминий является третьим по распространенности элементом в мире и самым распространенным металлом в земной коре. Алюминий составляет более 8% массы ядра Земли. Однако его трудно очистить по сравнению с другими металлами, такими как железо. По этой причине использование алюминия отстает от других металлических изделий, в то время как для преодоления этих сложностей были разработаны эффективные и экономичные методы.

Есть много общего между алюминиевой и сталелитейной промышленностью. Оба основаны на извлечении металлов из минеральных руд, залегающих на поверхности земли. Производственные процессы обоих энергоемки и включают заливку жидкого металла в отливки или использование машин непрерывного литья заготовок. Алюминий и сталь также конкурируют на аналогичных рынках автомобильной и аэрокосмической промышленности. Однако существуют значительные различия в обработке и свойствах этих металлов.

Обработка алюминия

Бокситы — осадочные породы с высоким содержанием алюминия; обычно около 46–60%. Бокситы часто покрыты несколькими метрами камня и глины, которые необходимо сначала удалить, прежде чем боксит можно будет извлечь. Затем боксит проходит дробление или промывку перед транспортировкой на переработку.

В середине 1880-х годов были изобретены и последовательно использовались два различных метода производства алюминия. Метод Байера использует химический процесс для извлечения алюминия из бокситов. В процессе Холла-Эру используется электролиз для извлечения алюминия из оксида алюминия или оксида алюминия, полученного в процессе Байера.

Процесс Байера

Бокситовая руда измельчается и смешивается с едким натром для получения суспензии, содержащей мелкие частицы руды. Суспензия выдерживается при температуре от 140°C до 280°C, в зависимости от конкретной перерабатываемой руды. За это время алюминий растворяется в растворе едкого натра. Все примеси оседают из раствора в осадок, называемый красным шламом.

Последним этапом процесса является добавление затравочных кристаллов в раствор едкого натра. Растворенный оксид алюминия присоединяется к этим затравочным кристаллам. Конечным продуктом процесса Байера является оксид алюминия или оксид алюминия, который имеет вид белого порошка.

Процесс Холла-Эру

Редукционная установка алюминиевого завода состоит из редукционных ванн или ячеек, соединенных последовательно. Каждый горшок изготовлен из стальной оболочки, облицованной углеродом. В каждый котел заливают расплавленный криолит (фторидный минерал), содержащий оксид алюминия, и сверху в раствор вставляют угольные электроды. Когда ток проходит через раствор криолита, алюминий отделяется от кислорода, образуя углекислый газ. Жидкий алюминий скапливается на дне кастрюли.

Затем жидкий глинозем через равные промежутки времени всасывается из восстановительных ванн в вакуумные бадьи. Его переносят в печь и разливают в слитки в изложницах или на машине непрерывного литья заготовок. Алюминий, полученный с помощью этого процесса, имеет чистоту примерно 99,8%. Электролитический процесс производства алюминия является очень энергоемким, требуя 15 МВтч на тонну продукции. Поэтому большинство плавильных заводов расположены рядом с генераторами электроэнергии, такими как гидроэлектростанции.

Алюминиевое литье

После того, как алюминий был извлечен и обработан, следующий шаг включает в себя отливку его в форму продукта. Алюминиевые отливки формируются путем заливки расплавленного металла в формы, которым придана форма желаемого конечного продукта. Для производства отливок используются три распространенных метода формования:литье под давлением, литье в постоянные формы и литье в песчаные формы.

Литье под давлением

Литье под давлением использует давление, чтобы заставить расплавленный алюминий попасть в стальную форму. Этот вид литья часто используют для серийного производства деталей, требующих минимального объема доводки и механической обработки. Литье под давлением имеет короткое время цикла, но высокие затраты на оснастку. Система литья под давлением создает высокопрочную оболочку, но более прочную внутреннюю часть, чем литье в постоянные формы. Существует два типа литья под давлением:литье под низким давлением и литье под высоким давлением.

ЛИТЬЕ

НИЗКОЕ ДАВЛЕНИЕ

ВЫСОКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Хорошие показатели прочности

Более низкие значения прочности

Подходит для автоматизации

Простая технология изготовления штампов и машин

Сложные и дорогие штампы

Более медленные циклы литья

Короткие циклы литья

Снижение инвестиционных и эксплуатационных расходов

Высокие инвестиционные и эксплуатационные расходы

Минимальная толщина стенки примерно 3 мм

Подходит для тонкостенных компонентов

Постоянное литье в форму

Для литья в постоянные формы используются стальные или другие металлические формы и стержни. Прочные отливки получают путем заливки алюминия в форму. Постоянные формы используются для создания деталей с высокой повторяемостью и постоянством. Их высокие скорости охлаждения создают более однородную микроструктуру, которая может значительно улучшить механические свойства.

Постоянное литье в формы используется для создания легкосплавных дисков. Алюминиевые колеса также легче стальных и требуют меньше энергии для вращения. Они обеспечивают большую топливную экономичность, а также лучшую управляемость, ускорение и торможение. Однако для тяжелых промышленных гусениц чаще используются стальные колеса. Благодаря своей прочности их практически невозможно согнуть или расколоть. При использовании на гусенице стальные колеса лучше справляются с неровностями пути, что повышает безопасность.

Отливка в песчаные формы

Отливки из песка создаются путем упаковки мелкой песчаной смеси вокруг образца желаемого продукта. Шаблон немного больше, чем конечный продукт, чтобы учесть усадку алюминия при охлаждении. Литье в песчаные формы экономично, потому что песок можно использовать многократно. Он также эффективен для создания больших молдингов или деталей с подробным дизайном. Первоначальные затраты на оснастку невелики, но цена за деталь выше, что делает литье в песчаные формы более подходящим для специализированных отливок, чем для массового производства.

Контроль расплавленного алюминия напрямую влияет на качество отливки. Легирующие элементы добавляются к расплавленному алюминию для достижения требуемой марки алюминия и свойств. Контролируемое добавление и распределение сплава по всему алюминию гарантирует, что продукт будет прочным и с ожидаемыми механическими свойствами.

Алюминий затвердевает со столбчатой зернистой структурой. Эти столбики растут до точки соприкосновения с другим зерном — чем больше зерен, тем тоньше молекулярная структура. При рафинировании зерна титан и бор используются для создания зародышей зерен для достижения этой тонкой структуры.

Газообразный водород является примесью, которая может вызывать дефекты в алюминиевом литье, создавая поры при затвердевании продукта. Во время литья требуется дегазация и продувочные газы, чтобы в окружающей среде не было никаких примесей, которые могут негативно повлиять на конечный продукт.

Литейные сплавы

Доступен широкий спектр литейных сплавов, подходящих для конечного применения. Каждый из этих литейных сплавов имеет свои характеристики, такие как свариваемость, обрабатываемость, коррозионная стойкость и термообработка.

Расплавленный алюминий имеет несколько характеристик, которыми можно управлять, чтобы максимизировать литейные свойства. Расплавленный алюминий склонен поглощать газообразный водород и оксиды в расплавленном состоянии и может быть чувствителен к второстепенным микроэлементам. Хотя некоторые декоративные или коммерческие отливки могут не требовать дополнительной обработки, дальнейшая отделка часто бывает полезной. Жесткий контроль расплава и специальные методы обработки расплавленного металла могут обеспечить улучшенные механические свойства.

Алюминиевые отделки и покрытия

Одним из эстетических достоинств алюминия является его высокая отражательная способность. Эта характеристика была использована для производства высококачественных потребительских товаров с чистой поверхностью. Это дополнительно усиливается за счет естественного образования тонкого оксидного слоя на поверхности. Этот слой можно сделать толще за счет анодирования изделия. Наличие оксидного слоя эффективно защищает алюминий от дальнейшего окисления, делая его очень устойчивым к коррозии. Различные отделки и покрытия могут помочь алюминию достичь этого блестящего, но прочного качества.

Отделка

Некоторые алюминиевые сплавы подвергаются термообработке для улучшения их свойств для конкретных применений. Цельный литой алюминий нагревается до заданной температуры, что приводит к равномерному распределению молекулярной микроструктуры по всему материалу. Затем быстрое охлаждение приводит к тому, что рисунок микроструктуры остается на месте, и достигаются идеальные свойства.

Сплавы, не поддающиеся термической обработке, отделывают холодной обработкой, в первую очередь прокаткой. Прочность металла значительно повышается, так как дефекты микроструктуры сводятся к минимуму благодаря плотному сжатию молекул.

Покрытия

Алюминий имеет качественную отделку поверхности, которая уже эстетически приятна. Однако различные покрытия могут обеспечить дополнительные преимущества отделки.

ПВДФ-покрытия

Покрытия PVDF представляют собой краски на основе растворителей с очень высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Однако их можно поцарапать. ПВДФ не выгорает под воздействием солнечных лучей и может иметь металлический вид.

Жидкие краски

Жидкие краски более экономичны, чем покрытия PVDF, но их свойства также менее желательны. У них более низкое качество отделки и слабая устойчивость к атмосферным воздействиям.

Порошковые покрытия

Порошковые покрытия соответствуют самым строгим требованиям к долговечности на том же уровне, что и покрытия PVDF. Они имеют превосходный внешний вид и популярны в строительстве оконных и дверных рам, а также для строительной мебели, такой как столбы и стойки для велосипедов. Они подвержены большему износу и часто используются в местах с интенсивным движением, например в отелях и магазинах.

Анодирование

Анодирование используется для утолщения окисленного поверхностного слоя и повышения коррозионной стойкости изделия. Покрытие твердое, прочное и самовосстанавливающееся, что делает его популярным выбором для архитекторов. Процесс анодирования осуществляется с помощью погружных ванн.

Свойства алюминия

Алюминий хорошо известен своей легкостью. На самом деле он почти в три раза легче железа, его плотность составляет 2700 кг/м³ . . Примечательно, что низкая плотность алюминия не влияет на его прочность. Алюминиевые сплавы имеют широкий диапазон прочностных характеристик с пределом прочности при растяжении от 70 до 700 МПа. При низких температурах прочность алюминия увеличивается, а при высоких снижается.

Алюминий также легко поддается механической обработке, а требуемая мощность невелика из-за меньшей плотности. Высокий уровень пластичности алюминия позволяет легко экструдировать его. Это позволяет изгибать и скручивать продукт, что является ключевой характеристикой при производстве алюминиевой фольги.

https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/aluminum-rolling.mov

Качество и стандарты алюминия

Алюминиевые изделия сертифицированы в соответствии с легирующим материалом, используемым в изделии. К наиболее распространенным легирующим элементам относятся следующие:

Кремний
Железо
Медь
Магний
Цинк

АЛЮМИНИЙ, ОТНОСЯЩИЙСЯ К СЕРИЯМ ПО СВОЙСТВАМ И СОСТАВАМ

СЕРИЯ

АЛЮМИНИЙ %

СПЛАВ

ТЕРМООБРАБОТКА

СВОЙСТВА

ПРИЛОЖЕНИЯ

1xyz

>99.yz

Отличная коррозионная стойкость и обрабатываемость
Высокая тепло- и электропроводность

Передачи
Линии электропередач

2xyz

>99.yz

Медь

Да

Высокая прочность и прочность
Сниженная коррозионная стойкость

Самолеты

3xyz

>99.yz

Марганец

Нет

Умеренная сила
Хорошая работоспособность

Теплообменники
Кухонная утварь
Банки для напитков

4xyz

>99.yz

Кремний

Нет

Низкая температура плавления без хрупкости

Сварочная проволока
Стержни для пайки

5xyz

>99.yz

Магний

Нет

Умеренная или высокая сила
Стойкость к коррозии в морской среде
Хорошая свариваемость

Строительство и строительство
Резервуары для хранения
Сосуды под давлением
Морские приложения

6xyz

>99.yz

Кремний и магний

Да

Умеренно высокая прочность
Отличная коррозионная стойкость
Высокая свариваемость

Архитектурный
Структурный
Грузовики
Морские оправы

7xyz

>99.yz

Цинк

Да

Очень высокая прочность

Самолеты
Часы Apple

СЕРИЯ

АЛЮМИНИЙ %

1xyz

>99.yz

2xyz

>99.yz

3xyz

>99.yz

4xyz

>99.yz

5xyz

>99.yz

6xyz

>99.yz

7xyz

>99.yz

СЕРИЯ

СПЛАВ

1xyz

2xyz

Медь

3xyz

Марганец

4xyz

Кремний

5xyz

Магний

6xyz

Кремний и магний

7xyz

Цинк

СЕРИЯ

ТЕРМООБРАБОТКА

1xyz

2xyz

Да

3xyz

Нет

4xyz

Нет

5xyz

Нет

6xyz

Да

7xyz

Да

СЕРИЯ

СВОЙСТВА

1xyz

Отличная коррозионная стойкость и обрабатываемость
Высокая тепло- и электропроводность

2xyz

Высокая прочность и прочность
Сниженная коррозионная стойкость

3xyz

Умеренная сила
Хорошая работоспособность

4xyz

Низкая температура плавления без хрупкости

5xyz

Умеренная или высокая сила
Стойкость к коррозии в морской среде
Хорошая свариваемость

6xyz

Умеренно высокая прочность
Отличная коррозионная стойкость
Высокая свариваемость

7xyz

Очень высокая прочность

СЕРИЯ

ПРИЛОЖЕНИЯ

1xyz

Передачи
Линии электропередач

2xyz

Самолеты

3xyz

Теплообменники
Кухонная утварь
Банки для напитков

4xyz

Сварочная проволока
Стержни для пайки

5xyz

Строительство и строительство
Резервуары для хранения
Сосуды под давлением
Морские приложения

6xyz

Архитектурный
Структурный
Грузовики
Морские оправы

7xyz

Самолеты
Часы Apple

Здоровье и безопасность

В процессе Холла-Эру выделяется большое количество газов. Эти газы улавливаются и перерабатываются, поскольку токсичные соединения фтора должны быть удалены до того, как они будут выпущены в атмосферу. В процессе производства алюминия выделяется CO₂ , что приводит к более высокому углеродному следу для алюминиевых изделий. Многие производители размещают алюминиевые заводы рядом с возобновляемыми источниками энергии, такими как гидроэлектростанции, вместо того, чтобы производить электроэнергию из ископаемого топлива.

В растворимой форме Al³⁺ , алюминий токсичен для растений. Кислые почвы ускоряют высвобождение Al³⁺ . из своих полезных ископаемых и снизить выход продукции с этих полей. Поскольку почти половина пахотных земель во всем мире является кислой, негативное влияние алюминия на урожайность может быть серьезным.

На организм человека также может воздействовать алюминий. Последствия накопления алюминия для здоровья включают повышенный риск болезни Альцгеймера и некоторых видов рака, хотя это и не доказано окончательно. В высоких концентрациях алюминий является нейротоксином, который действует на мозг и костную структуру. Алюминий содержится в закваске, эмульгаторах и красителях, а также в некоторых антацидных продуктах.

Алюминиевые приложения

Алюминий – это универсальный металл со светящейся поверхностью, который подходит для широкого круга потребителей, включая различные коммерческие товары и товары для дома.

Аэрокосмическая промышленность

Достижения в аэрокосмической промышленности в значительной степени зависели от разработки алюминиевых изделий. Сочетание их свойств, особенно малого веса и прочности, позволило человечеству разработать достаточно прочные и легкие транспортные средства, чтобы покинуть атмосферу Земли. Братья Райт использовали алюминий для картера двигателя своего первого биплана с деревянным каркасом. Современные коммерческие транспортные самолеты на 80% состоят из алюминия, который в основном содержится в их планерах, особенно в фюзеляжах и крыльях. Алюминий широко используется в космической отрасли для изготовления шаттлов и конструкций на международной космической станции.

Строительство и архитектура

Электросети и линии электропередач перешли на алюминий, а не на медь в качестве основы. Это связано с отличной проводимостью и малым весом для больших длин кабелей. Алюминиевые сплавы также используются в строительстве для изготовления прочных рам, способных выдержать значительный вес больших оконных стекол. Архитекторы широко используют эти характеристики в аэропортах и высотных зданиях.

Обстановка сайта

Хотя большая часть мебели на площадке (скамейки, урны для мусора, стойки для велосипедов и т. п.) закреплена на месте, съемные болларды представляют собой устройство, направляющее движение, которое можно установить на месте, чтобы предотвратить доступ транспортных средств, или снять, чтобы открыть его. Алюминий часто используется для съемных столбов из-за легкости металла; персоналу мероприятия гораздо проще перемещаться или покидать место.

Еда и напитки

Консервы и напитки — еще один рынок, на котором доминирует алюминий. Алюминиевые банки быстро охлаждаются и обеспечивают поверхность, пригодную для печати. Высокий уровень пригодности к вторичной переработке также делает алюминий привлекательным продуктом для этой отрасли. Они также защищают вкус и целостность содержимого, запечатанного внутри, благодаря защите от кислорода, света и других загрязняющих веществ.

Техника и технологии

Бытовая техника также извлекла выгоду из свойств алюминия. Благодаря своим тепловым свойствам он идеально подходит для холодильных установок, а легкий вес позволяет легко перемещать и транспортировать приборы. С развитием отделки «матовый алюминий» можно создавать высокоэстетичные продукты для рынка высокого класса. Технологическая компания Apple лидирует в создании алюминиевых ноутбуков, которые изготавливаются из цельного блока алюминия. Телевизоры с плоским экраном также выигрывают от легкости алюминия; аналогичное изделие из стали было бы слишком тяжелым, чтобы его можно было повесить на стену.

Автомобилестроение

Автопроизводители находятся под большим давлением, чтобы уменьшить углеродный след своих автомобилей. Легкие алюминиевые рамы, панели кузова и двигатели помогают в этом, улучшая экономию топлива. Существуют и другие экологические преимущества, поскольку почти 90 % автомобильного алюминиевого лома отправляется на переработку.

Переработка алюминия

Большая часть алюминия может быть переработана. Банки из-под напитков и автомобильные детали — это отрасли промышленности с высоким водосбором, где материалы собираются и эффективно перерабатываются. После того, как использованный алюминий собран, он доставляется на перерабатывающее предприятие, где сортируется по сортам и очищается. Затем металл расплавляют, чтобы удалить покрытия, чернила и другие примеси. На этом этапе при необходимости могут быть добавлены сплавы, после чего он отливается в слитки. Эти слитки могут быть поставлены на литейные заводы, где они используются для литья, или переданы другим производителям для дальнейшей обработки. Переработанный алюминий можно вернуть на рынок в качестве новых продуктов всего за шесть недель.

Чистка и уход за алюминием

Большинство алюминиевых изделий можно содержать в чистоте, используя обычную воду, мягкое мыло или моющее средство. Если пятна более стойкие, можно использовать скипидар или химический очиститель, не вызывающий травления. Для большей очищающей способности можно использовать полироли на основе воска, абразивные воски или абразивные чистящие средства. Важно высушить алюминиевые изделия после очистки, чтобы избежать образования полос, а остатки очистки необходимо удалить с краев и стыков.

Чтобы получить дополнительную информацию об алюминии или запросить стоимость индивидуального проекта, свяжитесь с нами.

Очистка нержавеющей стали Нержавеющая сталь ржавеет?

Металл