Большая Советская Энциклопедия (АЛ)

Алюминиевые руды

Алюми'ниевые ру'ды, руды, из которых получают металлический алюминий . Имеется большое количество минералов и горных пород, содержащих алюминий, однако лишь немногие из них могут быть использованы для получения металлического алюминия. Наиболее широкое распространение в качестве алюминиевого сырья получили бокситы , причём сначала из руд извлекают полупродукт — глинозём (Al₂₃ ), а затем уже из глинозёма электролитическим путём получают металлический алюминий. В качестве А. р. применяются нефелин-сиенитовые (см. Нефелиновый сиенит ), а также нефелин-апатитовые породы, служащие одновременно и источником получения фосфатов. В качестве минерального сырья для получения алюминия могут служить алунитовые породы (см. Алунит ), лейцитовые лавы (минерал лейцит ), лабрадориты , анортозиты , высокоглинозёмистые глины и каолины, кианитовые, силлиманитовые и андалузитовые сланцы.

В капиталистических и развивающихся странах практически для получения алюминия пользуются лишь бокситами. В СССР, кроме бокситов, приобрели важное практическое значение нефелин-сиенитовые и нефелин-апатитовые породы.

Алюминиевые сплавы

Алюми'ниевые спла'вы, сплавы на основе алюминия. Первые А. с. получены в 50-х гг. 19 в.; они представляли собой сплав алюминия с кремнием и характеризовались невысокими прочностью и коррозионной стойкостью. Длительной время Si считали вредной примесью в А. с. К 1907 в США получили развитие сплавы Al—Cu (литейные с 8% Cu и деформируемые с 4% Cu). В 1910 в Англии были предложены тройные сплавы Al—Cu—Mn в виде отливок, а двумя годами позднее — А. с. с 10—14% Zn и 2—3% Cu. Поворотным моментом в развитии А. с. явились работы А. Вильма (Германия) (1903—11), который обнаружил т. н. старение А. с. (см. Старение металлов ), приводящее к резкому улучшению их свойств (главным образом прочностных). Этот улучшенный А. с. был назван дуралюмином . В СССР Ю. Г. Музалевским и С. М. Вороновым был разработан советский вариант дуралюмина — т. н. кольчугалюминий. В 1921 А. Пач (США) опубликовал метод модификации сплава Al—Si введением микроскопических доз Na, что привело к значительному улучшению свойств сплавов Al—Si и их широкому распространению. Исходя из механизма старения А. с., в последующие годы велись усиленные поиски химических соединений, способных упрочнить Al. Разрабатывались новые системы А. с.: коррозионностойкие, декоративные и электротехнические Al—Mg—Si; самые прочные Al—Mg—Si—Cu, Al—Zn—Mg и Al—Zn—Mg—Cu; наиболее жаропрочные Al—Cu—Mn и Al—Cu—Li; лёгкие и высокомодульные Al—Be—Mg и Al—Li—Mg (табл. 1 ).

Основные достоинства А. с.: малая плотность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность.

По способу производства изделий А. с. можно разделить на 2 основные группы: деформируемые (в т. ч. спечённые А. с.) для изготовления полуфабрикатов (листов, плит, профилей, труб, поковок, проволоки) путём деформации (прокатки , ковки и т. д.) и литейные — для фасонных отливок.

Табл. 1. — Развитие систем алюминиевых сплавов

Система	Упрочняющая фаза	Год открытия упрочняющего эффекта	Марка сплава (СССР)
Al—Cu—Mg	CuAl2 , Al2 CuMg	1903-11	Д1, Д16, Д18, АК4-1, БД-17, Д19, М40, ВАД1
Al—Mg—Si	Mg2 Si	1915-21	АД31, АД33, АВ (без Cu)
Al—Mg—Si—Cu	Mg2 Si, Wфаза (Al2 CuMgSi)	1922	AB (с Cu), АК6, AK8
Al—Zn—Mg	MgZn2 , Тфаза (Al2 Mg2 Zn3 )	1923-24	B92, В48-4, 01915, 01911
Al—Zn—Mg—Cu	MgZn2 , Тфаза (Al2 Mg2 Zn3 ), Sфаза (Al2 CuMg)	1932	B95, В96, В93, В94
Al—Cu—Mn	CuAl2 , Al12 Mg2 Cu	1938	Д20, 01201
Al—Be—Mg	Mg2 Al3	1945	Сплавы типа АБМ
Al—Cu—Li	Тфаза (Al7,5 Cu4 Li)	1956	ВАД23
Al—Li—Mg	Al2 LiMg	1963-65	01420

Деформируемые А. с. по объёму производства составляют около 80% (США, 1967). Полуфабрикаты получают из слитков простой формы — круглых, плоских, полых, — отливка которых вызывает относительно меньшие трудности. Химический состав деформируемых А. с. определяется главным образом необходимостью получения оптимального комплекса механических, физических, коррозионных свойств. Для них характерна структура твёрдого раствора с наибольшим содержанием эвтектики. Деформируемые А. с. принадлежат к различным группам (табл. 2 ).

Табл. 2. — Химический состав и механические свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов (1Мн/м² » 0,1 кгс /мм² ; 1 кгс/мм² »10 Мн /м² )

Марка сплава	Основные элементы (% по массе)^1		Типичны е механич. свойства^3
Cu	Mg	Zn	Si	Mn	Полуфабрикаты^2	предел прочности sb , Мн/м^2	предел текучести s0,2 , MH/M^2	относит. удлинение d, %
АМг1	< 0,01	0,5-0,8		< 0,05		Л	120	50	27,0
АМг6	< 0,1	5,8-6,8	< 0,2	< 0,4	0,5-0,8	Л, Пл, Пр, Пф	340	170	20,0
АД31	< 0,1	0,4-0,9	< 0,2	0,3-0,7	< 0.1	Пр (Л, Пф)	240	220	10,0
АДЗЗ	0,15—0,4	0,8-1,2	< 0,25	0,4-0,8	<0,15	Пф (Пр. Л)	320	260	13,0
АВ	0,2—0,6	0,45-0,9	< 0,2	0,5-1,2	0,15-0,35	л, ш, т, Пр, Пф	340	280	14,0
АК6	1,8—2,6	0,4-0,8	< 0,3	0,7-1,2	0,4-0,8	Ш, Пк, Пр	390	300	10,0
АК8	3,9—4,8	0,4-0,8	< 0,3	0,6-1,2	0,4—1,0	Ш, Пк, Пф, Л	470	380	10,0
Д1	3,8—4,8	0,4-0,8	< 0,3	<] 0,7	0,4-0,8	Пл (Л, Пф, Т), Ш, Пк	380	220	12,0
Д16	3,8—4,9	1,2-1,8	< 0,3	< 0,5	0,3-0,9	Л (Пф, Т, Пв)	440	2"0	19,0
Д19	3,8—4,3	1,7-2,3	< 0,1	< 0,5	0,5-1,0	Пф (Л)	460	340	12,0
В65	3,9—4,5	0,15-0,3	< 0,1	< 0,25	0,3-0,5	Пв	400	– -	20,0
АК4-1^4	1,9—2,5	1,4-1,8	< 0,3	< 0,35	< 0,2	Пн, Пф (Ш, Пл, Л)	420	350	8,0
Д20	6,0—7,0	< 0,05	< 0,1	< 0,3	0,4-0,8	Л, Пф (Пн, Ш, Пк, Пр)	400	300	10,0
ВАД23^5	4,9—5,8	< 0,05	< 0,1	< 0,3	0,4-0,8	Пф (Пр, Л)	550	500	4,0
01420^6	< 0,05	5,0-6,0	—	< 0,007	0,2-0,4	Л (Пф)	440	290	10,0
В92	< 0,05	3,9-4,6	2,9-3,6	< 0,2	0,6-1,0	Л (Пл, Пс, Пр, Пк), Ш, Пф	450	320	13,0
0,1915^7	< 0,1	1,3-1,8	3,4-4,0	< 0,3	0,2-0,6	Л, (Пф)	350	300	10.1)
В93	0,8—1,2	1,6-2,2	6,5-7,3	< 0,2	< 0,1	Ш, (Пк)	480	440	2,5
В95	1,4—2,0	1,8-2,8	5,0-7,0	< 0,5	0,2-0,6	Л, Пл, Пк, Ш, Пф, Пр	560	530	7,0
В96	2,2—2,8	2,5-3,5	7,6-8,6	< 0,3	0,2-0,5	Пф (Пн, Пк, Ш)	670	630	7,0

Примечания. ¹ Во всех сплавах в качестве примесей присутствуют Fe и Si; в ряд сплавов вводятся малые добавки Сг, Zr, Ti, Be. ² Полуфабрикаты: Л — лист; Пф — профиль; Пр — пруток; Пк — поковка; Ш — штамповка; Пв — проволока: Т — трубы; Пл — плиты; Пн — панели: Пс — полосы; Ф — фольга. ³ Свойства получены по полуфабрикатам, показанным без скобок. ⁴ С добавкой 1,8—1,3% Ni и 0,8—1,3% Fe. ⁵ С добавкой 1,2—1,4% Li. ⁶ С добавкой1,9—2,3% Li. ⁷ С добавкой 0,2—0,4%Fe.

Двойные сплавы на основе системы Al—Mg (т. н. магналии) не упрочняются термической обработкой. Они имеют высокую коррозионную стойкость, хорошо свариваются; их широко используют при производстве морских и речных судов, ракет, гидросамолётов, сварных ёмкостей, трубопроводов, цистерн, ж.-д. вагонов, мостов, холодильников и т. д.

Сплавы Al—Mg—Si (т. н. авиали) сочетают хорошую коррозионную стойкость со сравнительно большим эффектом старения; анодная обработка позволяет получать красивые декоративные окраски этих сплавов.

Тройные Al—Zn—Mg сплавы имеют высокую прочность, хорошо свариваются, но при значительной концентрации Zn и Mg склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию. Надёжны сплавы средней прочности и концентрации.

Четверные сплавы Al—Mg—Si—Cu сильно упрочняются в результате старения, но имеют пониженную (из-за Cu) коррозионную стойкость; из них изготовляют силовые узлы (детали), выдерживающие большие нагрузки. Четверные сплавы Al—Zn—Mg—Cu обладают самой высокой прочностью (до 750 Мн/м² или до 75 кгс/мм² ) и удовлетворительно сопротивляются коррозионному растрескиванию; они значительно более чувствительны к концентрации напряжений и повторным нагрузкам, чем дуралюмины (сплавы Al—Cu—Mg), разупрочняются при нагреве свыше 100°С. Наиболее прочные из них охрупчиваются при температурах жидкого кислорода и водорода. Эти сплавы широко используют в самолётных и ракетных конструкциях. Сплавы Al—Cu—Mn имеют среднюю прочность, но хорошо выдерживают воздействие высоких и низких температур, вплоть до температуры жидкого водорода. Сплавы Al—Cu—Li по прочности близки сплавам Al—Zn—Mg—Cu, но имеют меньшую плотность и больший модуль упругости; жаропрочны. Сплавы Al—Li—Mg при той же прочности, что и дуралюмины, имеют пониженную (на 11%) плотность и больший модуль упругости. Открытие и разработка сплавов Al—Li—Mg осуществлены в СССР. Сплавы Al—Be—Mg имеют высокую ударную прочность, очень высокий модуль упругости, свариваются, обладают хорошей коррозионной стойкостью, но их применение в конструкциях связано с рядом ограничений.

В состав деформируемых А. с. входят т. н. спечённые (вместо слитка для дальнейшей деформации используют брикет, спечённый из порошков) А. с. (в 1967 в США объём производства составил около 0,5% ). Имеются 2 группы спечённых А. с. промышленного значения: САП (спечённая алюминиевая пудра) и САС-1 (спечённый алюминиевый сплав).

САП упрочняется дисперсными частицами окиси алюминия, нерастворимой в алюминии. На частицах чрезвычайно дисперсной алюминиевой пудры в процессе помола её в шаровых мельницах в атмосфере азота с регулируемым содержанием кислорода образуется тончайшая плёнка окислов Al. Помол осуществляется с добавкой стеарина, по мере его улетучивания наряду с дроблением первичных порошков происходит их сращивание в более крупные конгломераты, в результате чего образуется не воспламеняющаяся на воздухе т. н. тяжёлая пудра с плотностью св. 1000 кг/м² . Пудру брикетируют (в холодном и горячем виде), спекают и подвергают дальнейшей деформации — прессованию, прокатке, ковке. Прочность САП возрастает при увеличении содержания первичной окиси алюминия (возникшей на первичных порошках) до 20—22%, при большем содержании снижается. Различают (по содержанию Al₂ O₃ ) 4 марки САП (6—9% — САП1; 9,1—13% — САП2; 13,1—18% — САП3; 18,1—20% — САП4). Длительные выдержки САП ниже температуры плавления мало влияют на его прочность. Выше 200—250 °С, особенно при больших выдержках, САП превосходит все А. с., например при 500°С предел прочности s_b =50—80 Мн /м² (5—8 кгс/мм² ). В виде листов, профилей, поковок, штамповок САП применяется в изделиях, где нужна высокая жаропрочность и коррозионная стойкость. САП содержит большое количество влаги, адсорбированной и прочно удерживаемой окисленной поверхностью порошков и холоднопрессованных брикетов. Для удаления влаги применяется нагрев в вакууме или нейтральной среде несколько ниже температуры плавления алюминиевых порошков или холоднопрессованных брикетов. Дегазация САП повышает его пластичность, и он удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой.

САС-1, содержащий 25% Si и 5% Ni (или Fe), получают распылением жидкого сплава, брикетированием пульверизата, прессованием и ковкой прутков. Мельчайшие кристаллики Si и FeAl₃ (NiAl₃ ), воздействуя на матрицу, упрочняют сплав, повышают модуль упругости и пластичность, снижают коэффициент линейного расширения; этот эффект тем больше, чем мельче твёрдые частицы и меньше просвет между ними. Этот А. с. характеризуется низким коэффициентом линейного расширения и повышается модулем упругости. По этим характеристикам порошковые сплавы заметно превосходят соответствующие литейные А. с.