Алюминий и его сплавы — марки, свойства, применение

• Алюминий и его свойства
• Производство алюминия
• Алюминиевый прокат
• Как производят алюминиевый прокат?
• Марки и сплавы алюминия для алюминиевого проката
• Классификация марок алюминия и его сплавов по ГОСТ, ISO, ASTM
• Сравнительная таблица популярных марок алюминия и его сплавов
• Расшифровка марок алюминия и его сплавов по ГОСТ и ISO, ASTM, EN
• ГОСТы на производство алюминия, его сплавов и алюминиевого проката

Алюминий и его свойства

Алюминий (Al) – это химический элемент с атомным номером 13, относящийся к группе лёгких цветных металлов. Он является третьим по распространённости элементом в земной коре (после кислорода и кремния) и наиболее распространённым металлом.

Физико-химические свойства алюминия

Основные характеристики

• Атомный номер: 13.
• Атомная масса: 26,98 а.е.м.
• Плотность: 2,7 г/см³ (значительно легче стали).
• Температура плавления: 660,3 °C.
• Температура кипения: 2519 °C.
• Цвет: серебристо-белый с металлическим блеском.
• Электропроводность: около 65% от проводимости меди (что делает его хорошим проводником).
• Теплопроводность: высокая (235 Вт/м·К, примерно в три раза выше, чем у стали).
• Удельная прочность: высокая (в соотношении прочность/масса).

Химические свойства алюминия

Алюминий является активным металлом, но он очень устойчив к коррозии благодаря защитной оксидной плёнке.

• Реакция с кислородом:  На воздухе алюминий моментально покрывается тонким слоем оксида алюминия (Al₂O₃), который защищает металл от дальнейшего окисления.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

• Реакция с кислотами:  Легко реагирует с сильными кислотами, например, с соляной кислотой:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

• Реакция со щелочами:  Алюминий взаимодействует с растворами щелочей с образованием алюминатов:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

• Не взаимодействует с азотной кислотой высокой концентрации из-за образования плотной пассивирующей пленки.

Алюминий также может образовывать сплавы с другими металлами, что значительно расширяет сферы его применения.

Производство алюминия

Основные минералы, содержащие алюминий:

• Бокситы — основная руда для получения алюминия.
• Корунд (Al₂O₃) — используется для производства абразивов и драгоценных камней (рубин, сапфир).
• Каолинит — глинистый минерал, содержащий алюминий.

Алюминий не встречается в чистом виде в природе, так как обладает высокой химической активностью. Его получают промышленным способом из бокситов (Al₂O₃·nH₂O) методом электролиза.

Основные этапы производства:

1. Получение оксида алюминия (Al₂O₃) из бокситов (метод Байера).
2. Электролиз расплава Al₂O₃ в криолите (Na₃AlF₆) при температуре около 950°C.
3. Выделение чистого алюминия на катоде.

Особенности и преимущества алюминия

• Лёгкость – в 2,7 раза легче стали.
• Коррозионная стойкость – благодаря оксидной плёнке.
• Высокая электропроводность – используется в проводах.
• Пластичность и ковкость – легко поддаётся обработке.
• Отражающие свойства – используется в зеркалах и светоотражателях.
• Безопасность для здоровья – применяется в пищевой промышленности.

Области применения алюминия и его сплавов

• Авиация и космос – алюминиевые сплавы обладают высокой прочностью при малом весе.
• Автомобилестроение – снижает массу автомобилей.
• Строительство – алюминиевые профили, фасады, окна.
• Электротехника – провода, кабели, радиаторы охлаждения.
• Пищевая промышленность – банки, фольга, посуда.
• Химическая промышленность – ёмкости для хранения химикатов.
• Медицина – протезы, инструменты, упаковка для лекарств.

Алюминиевый прокат

Алюминиевый прокат – это полуфабрикаты и готовые изделия, полученные методом прокатки алюминия и его сплавов. Он отличается лёгкостью, прочностью, устойчивостью к коррозии и высокой технологичностью, что делает его востребованным в промышленности, строительстве, транспорте и других сферах.

Виды алюминиевого проката

Листовой и рулонный прокат

Алюминиевые листы и плиты:

• Листы — плоские изделия толщиной от 0,3 мм до 10 мм. Бывают гладкими, рифлеными или перфорированными.
• Плиты — более толстые изделия (от 10 мм и выше), используемые для изготовления крупногабаритных конструкций.

Алюминиевая лента — тонкий прокат толщиной от 0,1 мм до 3 мм, поставляемый в рулонах. Используется в электротехнике, упаковке и производстве гибких материалов.

Алюминиевая фольга — очень тонкий прокат толщиной до 0,2 мм. Применяется в пищевой промышленности, упаковке, теплоизоляции.

Длинномерный прокат (профильный)

• Алюминиевые профили— изделия сложной формы (уголки, швеллеры, трубы, балки).
• Алюминиевые трубы — круглые, квадратные и прямоугольные, применяются в строительстве и машиностроении.
• Алюминиевые уголки— используются в каркасных конструкциях, мебельной и строительной индустрии.
• Алюминиевые швеллеры и балки— применяются в строительстве и промышленности.

Сортовой прокат

• Алюминиевые прутки (кругляк)— цилиндрические заготовки для дальнейшей обработки.
• Алюминиевые полосы — узкие и длинные листы, используются в строительстве, электронике и отделке.
• Алюминиевые проволоки— применяются в электротехнике, строительстве, авиапроме.

Как производят алюминиевый прокат?

1. Плавка алюминия

• Исходное сырьё – первичный алюминий (из бокситов) или вторичный алюминий (из переработанного металлолома).
• Добавляются легирующие элементы (магний, кремний, медь, цинк) для получения нужных сплавов.

2. Литьё заготовок

• Расплавленный алюминий заливается в формы для получения слитков (слэбов) или заготовок.

3. Прокатка

• Горячая прокатка – заготовки нагревают до 400–500 °C и пропускают через прокатные станы для уменьшения толщины.
• Холодная прокатка – применяется для получения точных размеров и улучшения механических свойств.

4. Дополнительная обработка

• Отжиг – для улучшения пластичности.
• Закалка и старение – для повышения прочности.
• Анодирование – для защиты от коррозии и декоративной отделки.
• Покрытие лакокрасочными или полимерными слоями.

Марки и сплавы алюминия

Алюминиевый прокат изготавливают как из чистого алюминия, так и из его сплавов с различными элементами (магний (Mg), медь (Cu), кремний (Si), цинк (Zn) и др.). Эти добавки изменяют свойства алюминия: делают его прочнее, тверже, устойчивее к коррозии или улучшают свариваемость.

Каждая марка или сплав имеет уникальные характеристики, которые определяют их применение в различных отраслях промышленности.

Чистый алюминий (серия 1000) – содержит минимум 99% Al, отличается высокой коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью, но сравнительно низкой прочностью.

Алюминиевые сплавы – смеси алюминия с другими элементами, которые повышают механические и технологические свойства.

Все марки алюминия и его сплавов подразделяются на две основные группы:

• Деформируемые сплавы (обрабатываемые давлением) – применяются в прокате, прессованных профилях, листах.
• Литейные сплавы – используются в литье деталей (не подходят для проката).

Классификация марок алюминия и его сплавов по ГОСТ, ISO, ASTM

В международной и российской практике используются разные системы классификации:

• ГОСТ (Россия, СНГ) – система маркировки включает буквы (А – алюминий, Д – дюралюминий и т. д.) и цифры.
• ISO, ASTM, EN – международные стандарты, например, 1XXX, 2XXX… 7XXX серии.

Чистый алюминий (серия 1000)

Алюминий высокой чистоты (99,9% и выше):

• А5 (99,5% Al): Используется в электротехнике и химической промышленности.
• А6 (99,6% Al): Применяется для изготовления фольги и высококачественных сплавов.
• А7 (99,7% Al): Используется в научных исследованиях и специальных отраслях.
• А8 (99,8% Al) и выше: Применяется в высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая промышленность.

Технический алюминий (99,0–99,5% Al):

• А0 (99,0% Al): Используется для производства посуды, упаковки и декоративных элементов.
• А1 (99,1% Al): Применяется в строительстве и производстве бытовых изделий.

Примеры марок:

• АД0, АД1, А5, А6, А7 по ГОСТ.
• 1050, 1100, 1350 по ISO и ASTM.

Свойства:

• Максимальная коррозионная стойкость.
• Хорошая пластичность, но низкая прочность.
• Отличная теплопроводность.
• Используется в электронике, химической промышленности, пищевой упаковке, проводах.

Применение: Фольга, теплообменники, провода, ёмкости для химических веществ.

Сплавы алюминия

Серия 2000 (Al-Cu) – дюралюминий

Примеры марок:

• Д1, Д16, АК4-1, В95 (ГОСТ)
• 2024, 2011, 2618 (ISO, ASTM)

Свойства:

• Высокая прочность.
• Хорошая обрабатываемость.
• Низкая коррозионная стойкость (нуждается в защите).

Применение: Авиация, машиностроение, детали высокой прочности.

Серия 3000 (Al-Mn) – коррозионностойкие сплавы

Примеры марок:

• АМц, АМг2 (ГОСТ)
• 3003, 3105 (ISO, ASTM)

Свойства:

• Повышенная коррозионная стойкость.
• Хорошая пластичность.

Применение: Крыши, строительные конструкции, емкости для жидкостей.

Серия 4000 (Al-Si) – алюминий-кремниевые сплавы

Примеры марок:

• АК4, АЛ2 (ГОСТ)
• 4032, 4045 (ISO, ASTM)

Свойства:

• Высокая термостойкость.
• Отличная износостойкость.

Применение: Автомобилестроение, двигатели, тормозные системы.

Серия 5000 (Al-Mg) – морские алюминиевые сплавы

Примеры марок:

• АМг3, АМг5, АМг6 (ГОСТ)
• 5052, 5083, 5754 (ISO, ASTM)

Свойства:

• Высокая коррозионная стойкость (особенно в морской воде).
• Хорошая прочность.

Применение: Судостроение, топливные баки, цистерны, корпуса автомобилей.

Серия 6000 (Al-Mg-Si) – универсальные сплавы

Примеры марок:

• АД31, АД33 (ГОСТ)
• 6061, 6063, 6082 (ISO, ASTM)

Свойства: Хорошее сочетание прочности, коррозионной стойкости и свариваемости.

Применение: Окна, двери, строительные конструкции, автомобили.

Серия 7000 (Al-Zn-Mg) – сверхпрочные сплавы

Примеры марок:

• В95, В96, 1915 (ГОСТ)
• 7075, 7050, 7475 (ISO, ASTM)

Свойства:

• Самые прочные алюминиевые сплавы.
• Низкая коррозионная стойкость (нуждается в защите).

Применение: Авиация, космос, военная техника, спортинвентарь.

Как выбрать марку алюминия?

Выбор марки алюминия зависит от требуемых свойств: прочности, коррозионной стойкости, свариваемости и веса.

• Если важна коррозионная стойкость → 1000, 3000, 5000 серии.
• Если нужна высокая прочность → 2000, 6000, 7000 серии.
• Если требуется свариваемость → 5000 и 6000 серии.
• Если важен лёгкий вес и высокая пластичность → 1000 и 3000 серии.

Сравнительная таблица популярных марок алюминия и его сплавов

Расшифровка марок алюминия и его сплавов

Системы обозначения алюминия и его сплавов различаются в зависимости от страны и стандарта. В России действует ГОСТ, а в международной практике – классификация по ISO, ASTM, EN. Рассмотрим обе системы.

Российская система (ГОСТ)

Марки алюминия и его сплавов в России обозначаются буквами и цифрами, которые указывают на:

• Чистоту алюминия (для технического алюминия).
• Основные легирующие элементы (для сплавов).
• Твердость, термообработку и другие характеристики.

Чистый алюминий (серия 1000 по международным стандартам)

Обозначение: А и цифрой, указывающей на степень чистоты. Пример: А5, А6, А7:

• А – алюминий.
• Цифра (5, 6, 7) – указывает минимальную массовую долю алюминия в процентах:
  • А5 – 99,5% Al
  • А6 – 99,6% Al
  • А7 – 99,7% Al

Чем выше цифра, тем выше чистота алюминия.

Дополнительные буквы:

• АД – алюминий технический (например, АД0, АД1).
• АВ – алюминий вторичный (например, АВ87).

Пример расшифровки: АД0 – алюминий технический (Д – деформируемый), высокой чистоты.

Деформируемые алюминиевые сплавы (серии 2xxx–7xxx)

Обозначаются буквами и цифрами. Буквы указывают на основные легирующие элементы, а цифры — на порядковый номер сплава.

• Первая буква – указывает на группу сплава.
• Цифры – конкретная марка в группе.
• Дополнительные буквы – уточняют состав или обработку.

Пример расшифровки:

• Д16 – дюралюминий с медью, 16-я марка.
• АМг5 – алюминиево-магниевый сплав с 5% Mg.
• В95 – высокопрочный алюминиевый сплав (основа Zn).

Литейные сплавы

Обозначаются буквами АК (алюминий + кремний) и цифрами: АК5, АК7, АК9, АК12: Цифра указывает на содержание кремния. Например, АК12 содержит около 12% кремния.

Дополнительные обозначения

К основному обозначению могут добавляться буквы, указывающие на дополнительные свойства:

• Т – термически упрочненный (например, Д16Т).
• Н – нагартованный (например, АМг5Н).
• М – мягкий (например, АМцМ).
• П – полуфабрикат (например, АМг6П – сплав в виде проката).

Пример расшифровки:

• Д16Т – дюралюминий с медью, термически упрочненный.
• АМг5Н – алюминиево-магниевый сплав с 5% Mg, нагартованный.

Международная система (ISO, ASTM, EN)

Международная классификация использует четырехзначный код, где первая цифра определяет основную группу сплава.

Пример расшифровки:

• 6061 → алюминиевый сплав с магнием и кремнием.
• 2024 → алюминиево-медный сплав.

После цифр могут стоять буквы, указывающие на термообработку:

• T6 – термообработка и искусственное старение (например, 6061-T6).
• H32 – нагартовка и частичный отжиг (например, 5052-H32).
• 7075-T6 → высокопрочный алюминиево-цинковый сплав, закаленный и искусственно состаренный.

ГОСТы на производство алюминия, его сплавов и алюминиевого проката

• ГОСТ 4784-2019. Алюминий и деформируемые алюминиевые сплавы. Марки. Регулирует требования к алюминию и сплавам для изготовления полуфабрикатов (ленты, листы, плиты и др.).
• ГОСТ Р 57434-2017. Первичный алюминий и сплавы на его основе. Устанавливает требования к форме выпуска, маркировке и транспортировке первичного алюминия.
• ГОСТ 21631-76. Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. Стандарт для листового проката, используемого в промышленности и экспорте.
• ГОСТ 15176-89. Шины прессованные электротехнического назначения из алюминия. Нормирует производство прессованных шин для электротехнических применений.
• ГОСТ Р 59598-2021. Полуфабрикаты из алюминия и деформируемых сплавов. Стандарт для листов, плит, профилей, труб и прутков из алюминия.
• ГОСТ 11069-2019. Первичный алюминий. Марки. Классифицирует марки первичного алюминия в зависимости от содержания примесей (марки А5, А6, А7 и др.).
• ГОСТ 295-98. Алюминий первичный. Технические условия. Заменил ГОСТ 295-73, регулирует технические требования к первичному алюминию.