Особенности и сферы применения алюминиевых сплавов

Признаки избытка алюминия

Избыток алюминия формируется достаточно редко. Здоровый организм обычно защищает себя от избыточного поступления элемента, выводя повышенные дозировки алюминия через печень с желчью, через кишечник и мочевой пузырь. Однако если человек долгое время принимает большие дозы содержащих этот элемент препаратов (или, к примеру, контактирует с некоторыми профессиональными вредностями), то у него в теле постоянно копится лишний алюминий. Минерал скапливается в костях, легких, печени, мозге. Это может вызывать серьезные нарушения со стороны перечисленных органов.

Хроническое отравление алюминием проявляется неврологическими заболеваниями, усталостью, болезнями печени, ухудшением пищеварения, тошнотой, головными болями и т.д.

Дополнительная литература

  • Беляев А. И. История алюминия, в сб. Труды Института истории естествознания и техники, т. 20, М., 1959.
  • Беляев А. И. Металлургия легких металлов. М., 1970.
  • Беляев А. И. Металлургия легких металлов. М., 1970.
  • Промышленные алюминиевые сплавы. М., 1984.

Биологическая роль алюминия

Несмотря на то, что это соединение нужно организму в маленьких дозах, функции алюминия весьма значительны. Он:

• Способствует образованию и обновлению клеток эпителия – покровного слоя кожи и слизистых оболочек. В присутствии алюминия происходит их полноценное восстановление после травм, своевременная замена на протяжении жизни и т.п. • Укрепляет кости, препятствует появлению склонности к переломам. • Нормализует кислотность желудочного сока и выработку пищеварительных ферментов. • Улучшает работу паращитовидных желез, регулирует обмен кальция в организме.

Трудности сварки алюминия и его сплавов следующие.

1. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла Аl2O3 (Тпл = 2050°С) с плотностью больше, чем у алюминия, затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки. Перед сваркой для удаления пленки следует очищать поверхности кромок и прилегающего основного металла и особенно тщательно поверхность присадочного металла (в связи с большой поверхностью и относительно малым объемом), травлением или механическим путем. Окисную пленку, образующуюся при сварке, удаляют либо катодным распылением, либо, применяя флюсы, которые обеспечивают ее растворение или разрушение с переводом в летучее соединение.

2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению (проваливанию) твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью алюминий может вытекать через корень шва. Размеры сварочной ванны трудно контролировать, так как алюминий при нагреве практически не меняет своего цвета. Для предотвращения провалов или прожогов при однослойной сварке или сварке первых слоев многопроходных швов на большой погонной энергии необходимо применять формирующие подкладки из графита или стали.

3. В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Поэтому необходимо прибегать к жесткому закреплению листов с помощью грузов, а также пневмо- или гидравлических прижимов на специальных стендах для сварки полотнищ и секций из этих сплавов. Ввиду высокой теплопроводности алюминия приспособления следует изготовлять из материалов с низкой теплопроводностью (легированные стали и т. п.).

4. Необходима самая тщательная химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок, так как сварку осложняет не только окисная пленка. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла. Водород, растворенный в жидком металле должен в количестве 90 – 95% своего объема выделиться из металла в момент его затвердевания. Этому препятствует пленка тугоплавких окислов и низкий коэффициент диффузии водорода в алюминии. Поры образуются преимущественно в металле шва; часто наблюдают поры у линии сплавления в связи с диффузией водорода из основного металла под действием термического цикла сварки. Предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 150 – 250°С при сварке толстого металла замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, способствуя более полному удалению газов и уменьшению пористости. Наибольшей склонностью к порам обладают сплавы типа АМг.

5. Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до температуры 120 – 150°С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.

6. Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкоплавких эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7%). Легкоплавкая эвтектика на основе кремния (Тпл = 577°С) приводит к появлению трещин, если содержание кремния невелико (до 0,5%); при содержании кремния свыше 4 – 5% образующаяся эвтектика “залечивает” трещины. При обычном содержании кремния (0,2 – 0,5%) в металл шва вводят железо (Fe > Si), что приводит к связыванию кремния в тройное соединение Fe – Si – AL входящей в состав тугоплавкой перитектики. Это препятствует растворению кремния в жидком ликвате.

При сварке сплавов системы AL-Zn-Mg возможно замедленное разрушение – образование холодных трещин спустя некоторое время после сварки, обусловленное действием сварочных напряжений первого рода и выпадением и коагуляцией интерметаллидов.

Производство алюминия

В природе алюминий можно найти в составе горных пород. Самой насыщенной считается боксит. Производство этого металла можно разделить на несколько этапов:

  1. В первую очередь руда дробится и сушится.
  2. Получившаяся масса нагревается над паром.
  3. Обработанная смесь пересыпается в щелочь. Во время этого процесса из неё выделяются оксиды алюминия.
  4. Состав тщательно перемешивается.
  5. Далее получившийся глинозем подвергается действию электрического тока. Его сила доходит до 400 кА.

Последним этапом является отливка алюминия в формы. В этот момент в состав могут добавляться различные компоненты, которые изменяют его характеристики.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий