Преимущества алюминиевых изделий

Алюминий является самым распространенным металлом, добываемым из недр нашей планеты и встречающимся в виде изотопа. Его активно добывают в связи с широкой сферой применения. Такие ценные качества, как высокая жароустойчивость и тугоплавкость, стойкость к воздействию коррозии и низкая теплопроводность, позволили широко применять его во всех производственных сферах.

Статус алюминия считаться самым популярным и универсальным металлом неразрывно связан с множеством полезных и редких качеств, которыми он обладает. В данной статье расскажем о том, в чем заключаются преимущества алюминиевых изделий и в каких промышленных сферах сегодня он нашел широкое применение.

Особенности алюминия как металла

Алюминий – химически активный металл белого цвета. При реакции с кислородом на его поверхности появляется оксидная пленка, защищающая его от различных негативных внешних воздействий (в том числе и влаги), которые могут выступать как раздражители. Такое свойство является не только его преимуществом, но и в какой-то степени недостатком, влияющим на литейный процесс.

Плавление алюминия должно происходить без взаимодействия с воздухом, иначе вместо чистого металла будут образовываться смеси алюминия с его оксидами.

Ниже рассмотрены как недостатки, так и преимущества анодированного, эмалированного и некоторых других марок алюминия, а также их классификации.

Классификация алюминия

В промышленности чистый алюминий практически не применяется, и чтобы получить требуемые технические характеристики и качества, металл смешивают со специальными примесями. Если у чистого алюминия предел прочности составляет 90 МПа, то после добавления легирующих элементов (цинка, магния и др.) такой показатель поднимается до 700 МПа.

Все сплавы алюминия разделяют на два основных вида:

• Деформируемые. При их производстве сначала из металла отливают специальные слитки, после этого обрабатывают под высоким давлением с помощью одной из технологий.
• Литейные. Характеризуются повышенным содержанием кремния и необходимостью литья в уже готовые формы.

Ниже дано описание температуры кипения и плавления алюминия, его некоторые свойства и химические характеристики.

Свойства и характеристики алюминия

На физические свойства алюминия напрямую оказывает влияние его чистота. При составе металла, почти приближающемся к единице, получают его максимальные характеристики. Как раз по этой причине он идеально применим для ковки, штамповки и других способов обработки.

Характерное свойство алюминия – возможность его обработки разными типами сварок. Помимо этого, металл обладает следующими техническими характеристиками:

• Температура кипения алюминия – +2 500 °C.
• Коэффициент удельной теплоемкости равен 880 Дж/кг·K.
• Температура плавления чистого алюминия – +660 °C, а технического сплава – +657 °C.
• Высокая теплопроводность. Алюминий в чистом виде при температуре +200 °C имеет теплопроводность 209 Вт/(м*К).
• Коэффициент плотности составляет 2,7 г/см³, что считается довольно низким значением. Этот показатель отражается на прочности, которая, соответственно, тоже невелика. Именно поэтому в чистом виде алюминий в ответственных конструкциях не применяется.

Процесс производства алюминия

Технология производства такого металла состоит из трех основных этапов:

1. Из первичного сырья, содержащего алюминиевые руды, производится глинозем.
2. Из получившегося глинозема создается технический алюминий.
3. Производится максимальная очистка металла.

Производственный процесс получения алюминия с чистотой около единицы предполагает организацию ряда отдельных цехов для его переработки, на каждом из которых выполняется определенная технологическая операция. Именно по этой причине цена на чистый алюминий достаточно высокая, порой доходит до 1 700 долларов за тонну.

3 конкурентных преимущества алюминия

Основными преимуществами, позволяющими алюминию конкурировать с другими материалами и даже со сталью, являются:

1. Легкость материала.

Небольшой вес алюминиевых заготовок позволяет:

• облегчить возведение конструкций;
• перемещать на строительные объекты конструкции заводской сборки;
• уменьшить нагрузки на фундаменты;
• сократить энергетические затраты на возведение сооружений и их техническое обслуживание;
• в меньшей степени задействовать физический труд.

2. Повышенная коррозионная стойкость.

Такое преимущество алюминиевых изделий дает возможность:

• эксплуатировать строительные объекты в коррозионных средах;
• сократить финансовые затраты на техническое обслуживание объектов.

3. Функциональность.

Расширенная функциональность строительных алюминиевых изделий предоставляет им следующие преимущества:

• возможность комбинирования различных элементов конструкции и, как результат, производство простых и экономичных профилей;
• упрощение способов соединения между отдельными деталями конструкции;
• получение стойких на сжатие профилей без использования дополнительных конструкционных элементов, а также без болтовых и сварных соединений;
• улучшение геометрических свойств поперечного сечения строительных элементов с помощью усовершенствования литьевых форм, что тем самым обеспечивает высокую конструкционную эффективность и изделия с возможно минимальным весом.

Преимущества строительного алюминия

Алюминий как строительный материал применяется в тех промышленных нишах, где проявляется хотя бы одно его основное преимущество.

В гражданском строительстве такими «конкурентными нишами» использования алюминиевых изделий являются:

• Крыши сложных конструкций, имеющие длинные пролеты, в которых динамические нагрузки являются незначительными в сравнении со статическими. Таковыми являются геодезические купола и объемные сетчатые конструкции, покрывающие большую территорию, например, над стадионами или концертными залами.
• Конструкции, находящиеся далеко от их места изготовления или в труднодоступных районах, для которых расходы по доставке и простота монтажных работ очень значимы. К примеру, это могут быть электрические опоры, которые переносят к месту их установки вертолетами.
• Сооружения, расположенные в местах с коррозионной или влажной средой, например, верхние конструкции на нефтяных платформах в открытом море, гидравлические сооружения, речные мосты и крыши плавательных бассейнов.
• Тяжелые подвижные механизмы, такие как подъемные мосты и мостовые краны водоочистных станций, для которых уменьшение веса при их эксплуатации позволяет значительно экономить на затратах энергии.
• Конструкции специального назначения, у которых техническое обслуживание является очень трудным и его необходимо свести до минимума. Например, порталы с дорожными знаками, антенные и осветительные башни.

Алюминий в современных зданиях

Такие современные сооружения, как футбольные стадионы, вокзалы, терминалы аэропортов, музеи, торговые центры, концертные залы, офисные башни и обыкновенные жилые здания, имеют особую привлекательную форму благодаря алюминию. Большим преимуществом алюминиевых изделий является то, что применение панелей и профилей из них позволяет архитекторам создавать самые невероятные формы сооружений и дает неограниченные возможности для творчества.

Алюминий применяется в зданиях не только для отделки фасадов облицовочными или светопрозрачными элементами. Довольно часто его сплав применяют для наружной оболочки таких строительных конструкций, как:

• кровли;
• солнечные панели;
• водостоки;
• вентиляционные каналы;
• гаражные ворота;
• балконные ограждения;
• ставни, двери и окна.

Помимо этого, алюминиевые сплавы часто используют для отделки внутренней части зданий, таких как:

• жалюзи;
• указатели;
• перегородки;
• мебель;
• полы и потолки;
• кабины лифтов;
• двери.

Нет ни одного идеального строительного материала. Алюминиевые изделия тоже имеют как преимущества, так и недостатки. Их относительно высокая стоимость полностью компенсируется высокими технологическими параметрами алюминия, возможностью неограниченного числа переработки материала и повторного использования, малым значением соотношения «вес/прочность», свойством принимать разные цветовые оттенки. Многим современным архитекторам именно алюминий позволяет воплотить самые смелые и невероятные архитектурные решения.

Преимущества алюминиевых изделий в разных сферах

В России широко развито производство алюминия. Металлургические предприятия только за год производят более 4 миллионов тонн такого сплава. Вразрез с популярным заблуждением именно алюминий является самым распространенным металлом на планете, после которого идет железо. Известно, что его применяют в разных отраслях промышленности. Но что же производят из алюминия?

Возможность обрабатывать алюминий различным образом, а также высокие технические характеристики обусловили его широкое применение в:

• энергетике;
• микроэлектронике;
• судо- и ракетостроении;
• пищевой промышленности;
• при производстве различной посуды;
• автомобильной промышленности;
• авиастроении и во многих других.

Довольно часто алюминий используют в сочетании с такими металлами, как железо, титан, никель, бронза, медь и т. п. Без него не обходится ни одна современная промышленная отрасль.

• Авиационная промышленность.

В современной авиапромышленности сплав алюминия является основным конструкционным материалом. На этапе достижения самолетами околозвуковых и сверхзвуковых скоростей его потребление многократно увеличилось.

Сегодня существуют сплавы различных серий – от 2ххх до 7ххх. Алюминий версии 2ххх применяется при работе с очень высокой температурой, кроме того, он обладает большим коэффициентом вязкости разрушения. Серии 7ххх используют для производства деталей, предназначенных для эксплуатации с низкой температурой и большими нагрузками. Их отличительной чертой является высокая сопротивляемость коррозии. Для малонагруженных узлов целесообразно применять сплавы серий 3ххх, 5ххх и 6ххх. Наиболее широко они применяются в гидро-, масло- и топливных системах.

В российской авиационной промышленности для создания узлов самолетов применяются алюминиевые высокопрочные сплавы, предварительно подвергшиеся термической обработке. Кроме того, активно используют сплавы средней прочности. Киль, фюзеляж, крылья, обшивка лайнера и т. д. – такие конструктивные элементы производятся только из такого материала. Сплав 1420 активно применяют для сварного фюзеляжа пассажирских лайнеров. Такие алюминиевые детали применяют в авиации.

• Производство космической техники.

Алюминий широко применяется и в производстве космической технике. Малый вес металла и высокие показатели удельной прочности позволяют изготавливать баки, межбаковые и носовые части ракеты. Алюминий идеально выносит криогенные температуры при контакте с кислородом, водородом и гелием, возникает процесс криогенного упрочнения – такого явления, когда коэффициент прочности с понижением температуры становится больше.

Но это далеко не все сферы, где применяется алюминий. Его используют и в других отраслях.

• Судостроительная промышленность.

В основном, алюминиевые материалы применяют при изготовлении корпусов судов, а также для линий связи палубных надстроек и оборудования. Внедрение такого металла позволило конструкторам уменьшить массу судов на 50–60 %, и, соответственно, повысить их грузоподъемность, скорость, маневренность и добиться высокой экономии топлива.

• Производство железнодорожного транспорта.

Эксплуатация подвижных железнодорожных составов происходит в крайне тяжелых условиях с частыми ударными нагрузками. Поэтому повышаются и требования к материалам, из которых изготавливают такие составы. Преимущество алюминиевых изделий в том, что их целесообразно использовать в железнодорожных составах из-за высокой коррозионной стойкости, малых инерционных сил и повышенного коэффициента удельной прочности. Кроме того, специальные алюминиевые емкости могут использоваться для перевозки продуктов химической и нефтехимической промышленности.

• Автомобилестроение.

Некоторые детали для автомобилей также целесообразно изготавливать из металлов, обладающих высокой прочностью и небольшой массой. В то же время они должны еще обладать устойчивостью к коррозии и декоративным видом поверхности. Алюминий, из которого изготавливают кузова легковых автомобилей, как раз и соответствует таким критериям. Применение сплава позволяет производителям снизить массу транспорта, повысить его грузоподъемность и сделать более экономичным, а высокая коррозионная стойкость значительно увеличивает срок службы автомобиля.

• Строительная отрасль.

В строительстве промышленных и гражданских объектов сплавы алюминия также нашли широкое применение. Перспективность их использования доказана технико-экономическими расчетами и мировой практикой. Конструктивное внедрение алюминия позволяет повысить долговечность и надежность конструкции, а также уменьшить ее металлоемкость. В большинстве современных зданий со стеклянными фасадами используется «скелет-основа» рам именно из такого материала.

• Нефтехимическая индустрия.

Нефтедобыча предъявляет повышенные требования к материалу деталей, используемых в оборудовании для переработки, разведки и добычи нефти. Вес бурильных установок при использовании сплавов алюминия становится намного меньшим, что значительно упрощает его транспортировку.

Кроме того, большим преимуществом алюминия является то, что он идеально подходит для производства емкостей для хранения нефти. Насосно-компрессорные, бурильные или газонефтепроводные трубы, изготовленные из алюминия, также широко используются в нефтяной и газовой промышленности. Наиболее часто применяемым материалом является сплав Д16.

• Бытовые предметы.

В быту повсеместно встречаются предметы, сделанные из алюминия. Особым спросом в последнее время пользуются лестницы из такого металла – их можно увидеть почти в каждом гараже или доме. Кронштейны для установки телевизоров, кухонная утварь – довольно часто изготавливают из алюминия, не говоря уже про более мелкие бытовые штучки.

Лестницы из алюминиевых сплавов твердо вытеснили стальные и чугунные, так как их намного проще переносить с места на место. Это еще раз доказывает преимущество алюминиевых изделий. Перечень предметов из алюминия может быть практически бесконечным.

Преимущества алюминиевых изделий видны невооруженным взглядом. Долговечность конструкций из такого материала составляет более 80 лет (это расчетный минимальный срок службы). Алюминий является прочным, легким и нержавеющим материалом, обладающим высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды. Изделия из него в течение всего срока эксплуатации практически не требуют ремонта.

При резких перепадах температуры алюминий лучше других материалов способен сохранять свои структурные свойства. Обработанные специальными составами поверхности алюминиевых изделий обладают повышенной устойчивостью к коррозии, появляющейся от снега, дождей, смога и жары.