что такое первичный и вторичный алюминий

Первичный и вторичный алюминий

20.11.2018

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Алюминиевые изделия — это продукция из нелегированного алюминия и алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных, а также исходные материалы для их производства — первичный и вторичный алюминий в виде жидкого алюминия, слитков, заготовок и т.д. Какая же разница между «первичным» и «вторичным» алюминием? Чем они отличаются и какой из указанных материалов ценится выше? Об этом и расскажем в данном материале.

Алюминиевые изделия из первичного алюминия

Алюминий, который производится путем электролиза из глинозема, называют первичным алюминием. В первичный алюминий может добавляться небольшое количество чистого технологического лома. Содержание алюминия в первичном алюминии составляет не менее 99,7 %. Первичный алюминий является, как правило, исходным материалом для производства алюминиевых полуфабрикатов — листов, полос, труб, профилей. Он является также исходным материалом для литейных сплавов, которые применяются для изготовления особо ответственных изделий, таких как колесные диски и компоненты автомобильных шасси.

В литейном цехе производителя первичного алюминия жидкий алюминий подвергают различным видам обработки с тем, чтобы он мог соответствовать установленным техническим требованиям:

Вторичный алюминий

Новый (технологический) и старый (бывший в употреблении) алюминиевый лом является исходной шихтой для производства вторичного алюминия. Так называемые «вторичные плавильщики» смешивают старый лом или технологический алюминиевый лом и получают так называемые вторичные алюминиевые сплавы. Эти сплавы поставляются на литейные предприятия в виде слитков для переплавки или как жидкий металл. Эти литейные предприятия производят алюминиевую продукцию в виде отливок, которые находят широкое применение, например, в автомобилестроении. Вторичный алюминий идет также на изготовление чушек, прутков и гранул для раскисления стали. Отсортированный алюминиевый лом, который состоит из деформируемых сплавов, снова можно применять на предприятиях по производству «наполовину готовой» алюминиевой продукции — полуфабрикатов. Примером этого является алюминиевые банки для пива и прохладительных напитков, которые очень широко перерабатываются во всем мире.

Источник

Алюминиевый лом: сортировка сплавов

Неуклонный рост цен на первичный алюминий, а также все более строгие экологические требования к производству алюминия, делают все более важным повышение эффективности переработки алюминиевого лома в новый высококачественный алюминий. Задача состоит не только в максимальном извлечении самого алюминия, но и эффективном повторном использовании легирующих элементов, которые уже присутствуют в алюминиевом ломе.

Алюминий: первичный и вторичный

Алюминий является вторым после стали по объемам производства и потребления в мире. Привлекательность алюминию как материалу для изготовления различных изделий и конструкций дают его уникальные свойства, такие как:

Природным сырьем для извлечения первичного алюминия являются ископаемые минералы бокситы. Для производства первичного алюминия требуется большое количество электрической энергии.

Вторичным алюминием называют алюминий, который производят из отходов и лома алюминия. При этом потребляется только 5 % энергии и, соответственно, выделяется только 5 % парниковых газов по сравнению с производством первичного алюминия. За рубежом вторичный алюминий (secondary aluminium) часто называют более «толерантно»: «переработанный алюминий» (recycling aluminium).

Марки и сплавы алюминия

Алюминий применяют в основном в виде марок алюминия и алюминиевых сплавов:

Алюминиевые сплавы подразделяются на две больших группы – деформируемые сплавы и литейные сплавы:

Легирующие элементы алюминиевых сплавов

Большинство деформируемых сплавов, по крайней мере, на 90 % процентов, а большинство из них – на 95 %, состоят из алюминия. Остальные проценты занимают легирующие элементы, примеси и загрязнения. Исключение составляют некоторые сплавы серии 4ххх.

Литейные сплавы отличаются более значительным содержанием легирующих элементов, а также примесей и загрязнений. Так, в некоторых алюминиевых сплавах содержание легирующих элементов превышает 20 % [1].

По основным легирующим элементам все сплавы – и деформируемые, и литейные – подразделяются на серии. Например, деформируемые сплавы подразделяются на восемь таких серий с соответствующими главными легирующими элементами:

Основные легирующие элементы и примеси наиболее популярных в алюминиевой промышленности деформируемых алюминиевых сплавов представлены в таблице 1. Синим цветом выделены особенности этих сплавов по совместимости с другими сплавами или их отличия от других сплавов.

Таблица 1 – Популярные деформируемые алюминиевые сплавы

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Роль вторичного алюминия

Массовое производство алюминиевых изделий, в том числе, для потребления в быту, началось в 1940-х годах. С тех пор в мире накопилось огромное количество алюминиевых изделий, которые закончили свой срок службы – алюминиевого лома. Большинство вторичного алюминия, около 70 %, традиционно идет на производство алюминиево-кремниевых литейных сплавов, которые применяют в основном для изготовления деталей автомобилей. Вторая крупная доля вторичного алюминия идет на производство деформируемых алюминиевых сплавов для изготовления листового проката и прессованных изделий, в том числе, прессованных профилей. В настоящее время доля вторичного алюминия составляет около одной трети от всего мирового производства алюминия и алюминиевой продукции [1, 2].

Категории и группы алюминиевого лома

Долгое время в СССР, а затем в России и других странах СНГ, действовал ГОСТ 1639, который в своей последней редакции 2009 года выделял 32 категории алюминиевого лома: от Алюминия 1 до Алюминия 32.

В настоящее время в России введен ГОСТ Р 54564-2011, который содержит даже 38 категорий алюминиевого лома: от А1 до А38. Европейский стандарт EN 13920 определяет 15 категорий алюминиевого лома: от чистого нелегированного алюминия до алюминиевого шлака. Американская система классификации подразделяет алюминиевый лом на 44 категории (см. подробнее здесь).

На практике приемные пункты алюминиевого лома применяют обычно только около десятка различных групп алюминия [3], таких как:

Сортировка «навзгляд»?

Обычно алюминиевый лом поступает с приемных пунктов на предприятие по сортировке металлического лома в составе лома других цветных металлов и их сплавов. Здесь типичной картиной является ручная сортировка по нескольким коробам отдельных компонентов лома по их внешнему виду, происхождению и типичному применению.

Самыми популярными – и дорогими – категориями алюминиевого лома являются «электротехнический алюминий» («электротех») и «пищевой алюминий». Эти категории алюминиевого лома считаются самыми чистыми и обычно применяются в плавильной шихте для разбавления чрезмерного содержания того или иного легирующего элемента, например, магния или кремния, а также железа, при приготовлении алюминиевого расплава для литья слитков-столбов из вторичных сплавов 6060 или 6063. Эти слитки идут для прессования алюминиевых профилей.

Однако, как будет показано ниже, эти категории алюминиевого лома могут быть весьма неоднородными и неопределенными по химическому составу. Поэтому применять этот лом без предварительного инструментального контроля его химического состава весьма рискованно: можно испортить весь алюминиевый расплав, который находится в печи.

Электротех

Лом пищевого алюминия

К «пищевому алюминию» обычно относят штампованную алюминиевую посуду: кастрюли, чайники, миски, ложки, кружки, сковородки и т. п. Популярным видом «пищевого алюминия» являются также 40-литровые молочные фляги. Иногда в пищевой алюминий включают также и литую кухонную посуду (рисунок 1).

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий
Рисунок 1 – Лом пищевого алюминия [3]

Штампованная кухонная посуда

По ГОСТ 17451 на штампованную алюминиевую посуду все компоненты посуды, которые непосредственно контактируют с пищевыми продуктами изготавливают из марок алюминия АД1, АД, А7, А6, А5 и А0.

Однако по этому же ГОСТ 17451:

Ручки, дужки и ушки допускается изготавливать:

Алюминиевые молочные фляги

По ГОСТ 5037 для изготовления штампованных алюминиевых молочных фляг, которые часто называют «бидонами», применяют (рисунок 1):

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 2 – Алюминиевая 40-литровая молочная фляга [ГОСТ 5037-97]

Поэтому алюминиевые молочные фляги перед отправкой их в «пищевой» алюминиевый лом требуют трудоемкой подготовки по удалению всех “неалюминиевых” деталей. Нелишне заметить, что по этому же ГОСТ 5037 изготавливают и стальные молочные фляги, которые имеют похожий внешний вид.

Литая кухонная посуда

Литая алюминиевая кухонная посуда (кастрюли, сковородки, казаны, ложки-вилки – рисунок 3) состоит из следующих литейных алюминиевых сплавов:

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 3 – Алюминиевый литой казан [ГОСТ Р 51162-98]

Литейные сплавы отличаются высоким содержанием кремния. Сплав АК5М2 содержит до 3,5 % меди.

Лом нелегированного алюминия

Эта категория алюминиевого лома обычно включает листы, ленты, трубы и, иногда, профили. По внешнему виду и по прочности их легко перепутать с аналогичными листами, лентами, трубами и радиаторами из алюминиево-марганцевых сплавов серии 3xxx, которые содержат до 1,5 % марганца. Уровень прочность этих сплавов где-то на 20 % выше, чем у марок нелегированного алюминия.

Заметим, что ошибочное применение сплавов серии 3ххх вместо марок нелегированного алюминия, например, для приготовления сплавов 6060 и 6063 приведет к чрезмерному содержанию в расплаве марганца, который является в них нежелательной примесью с пределом содержания до 0,10 %.

Лом алюминиевых профилей

Среди прессованных алюминиевых профилей могут встречаться сплавы из нескольких различных серий, которые могут быть не совместимыми, например, с самыми популярными сплавами для профилей – сплавами 6060 и 6063:

Сортировка алюминиевого лома с идентификацией сплавов

В настоящее время для сортировки металлов и их сплавов в «полевых» условиях, то есть непосредственно на складе алюминиевого лома, применяют два метода анализа химического состава алюминиевых сплавов:

Портативные рентгено-флуоресцентные спектрометры применяются для идентификации и анализа металлов уже около 40 лет. За эти годы эти ручные спектрометры прошли путь от тяжелого прибора, который нужно было носить на спине, до высокоточного прибора размером с небольшую дрель. Портативные лазерные спектрометры появились относительно недавно – в последние 10 лет. Оптико-эмиссионные спектрометры (OES) имеют несколько большие размеры, чем рентгеновские и лазерные спектрометры. Поэтому их удобнее применять в лаборатории, а не в полевых условиях склада металлического лома или шихтового двора литейного предприятия.

Что дает сортировка алюминиевого лома с идентификацией сплавов:

Источник

Вторичный алюминий

Рециклинг алюминия

Вторичный алю миний получают переработкой алюминиевого лома. Более точно этот процесс отражает иностранное слово “рециклинг” – действительно завершается один цикл жизни алюминия и начинается другой. Из алюминиевого лома нельзя получить первичный алюминий – его получают только у производителей первичного алюминия непосредственно электролизом из бокситов. Однако производители вторичного алюминия вполне могут получать из лома ценные и работоспособные сплавы, которые соответствуют требованиям стандартов. На различных этапах производства вторичного алюминия алюминий отделяют от большинства сопутствующих материалов, а затем переплавляют и подвергают дальнейшей очистке и обработке.

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Плавление алюминия

Поскольку алюминий имеет очень высокое сродство с кислородом, он спонтанно реагирует с окружающим воздухом с образованием оксида алюминия. В твердом состоянии алюминия это не является проблемой, так этот оксид образует очень плотную пленку на поверхности алюминия, которая останавливает дальнейшее окисление. Эта пленка действует как антикоррозионная защита. В жидком состоянии также образуется оксидная пленка, но она находится в постоянном возмущении под воздействием термических сил, что приводит к постоянному окислению все нового алюминия. Это окисление становится особенно интенсивным, когда расплавленный металл имеет большую удельную площадь поверхности. Ясно, что реакцию окисления в ходе плавления алюминия необходимо ограничивать, так как массовый переход алюминия в его оксид приводит к потерям алюминия в ходе переработки.

Печи плавления вторичного алюминия

Разработаны процессы плавления, которые подавляют окисление алюминия в ходе его плавления. При производстве вторичного алюминия широко применяются печи, в которых лом сразу погружается в ванну жидкого алюминия. Есть печи, в которых плавление происходит при полной изоляции расплава от окружающего воздуха. Сильно загрязненный алюминиевый лом плавят под защитным слоем флюса в специальных роторных печах. Применяемый флюс не только защищает расплав алюминия от окисления, но и помогает отделять оксидную пленку от жидкого алюминия и очищать от нее расплав. Кроме применения флюса при плавлении алюминия, применяют добавки для очистки расплава или добавляют небольшие количества легирующих элементов.

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Роторная печь для переплавки загрязненного алюминиевого лома

Производственный лом вторичного алюминия

Есть и другие неизбежные потери вторичного алюминия на протяжении всего производственного процесса. Некоторые из этих потерь возникают при обработке жидкого алюминия, другие – от получаемого брака. Часть металла теряется при очистке расплава в разливочной печи, а также в агрегатах по дегазации или фильтрованию жидкого алюминия. Определенная часть металла теряется при запуске или остановке литейного оборудования. Все производственные отходы вторичного алюминия могут и должны подвергаться повторной переплавке.

Производство вторичного алюминия

Производство вторичных алюминиевых сплавов обычно начинают с лома, химический состав которого близок к тому, что указан в заказе потребителя. Это может быть легко, если это однородный лом бракованных алюминиевых отливок или лом алюминиевых пивных банок. И это значительно сложнее, если это случайно собранный алюминиевый лом.

В большинстве случаев лом, загружаемый в плавильную печь, не вполне соответствует требованиям к конечному химическому составу заданного алюминиевого сплава. Поэтому необходимо вводить в расплав дополнительные легирующие добавки. Они могут быть из имеющегося лома, чистыми элементами или специальными сплавами – лигатурами. Обычно часть легирования производится в плавильной печи, окончательное легирование – в разливочной печи. Поэтому эти печи должны быть приспособлены для таких операций.

В алюминиевых плавильных печах применяют специальные добавки для защиты жидкого металла от окисления, удаления загрязнений или измельчения зерна в готовых слитках. Кроме того, в самой плавильной печи или во время передачи расплава к разливочному оборудованию производят обработку расплава такими газами, как аргон, хлор или азот, а также смесями этих газов.

Применение вторичного алюминия

В старые добрые времена переработка алюминия была намного проще. Лом собирали хороший – да и лома тогда было мало – и просто переплавляли. Получаемые при этом вторичные сплавы более или менее устраивали заказчиков. Ими разбавляли литейные сплавы при разливке отливок на литейных предприятиях. Проблем с экономией энергии тогда еще не было. С ростом потребления и применения алюминия его переработка стала более сложной. Сейчас заказчики хотят получать готовые вторичные алюминиевые сплавы, которые имеют заданный химический состав, потому что у многих из них оборудование позволяет только плавить готовый сплав и разливать его, а не обрабатывать или легировать его.

Вторичный алюминий для раскисления стали

Удобнее всего применять вторичный алюминий при производстве чушек и гранул по ГОСТ 295-98 – там большой простор для примесей, которые содержатся в алюминиевом ломе. Эти чушки и гранулы применяются для раскисления стали и других нужд черной металлургии. ГОСТ 295-98 прямо указывает на применение именно вторичного алюминия. В этом стандарте всего три сплава – АВ97, АВ91 и АВ87. Цифры обозначают минимальное содержание в сплаве суммарного количества алюминия и магния.

Самый чистый сплав – сплав АВ97. Он допускает содержание магния не более 0,1 %, получается, что алюминия в нем – не менее 96,9 %. Однако этот сплав допускают повышенное содержание железа – теоретически аж до 2 % и поэтому никак не потянет, например, на деформируемые сплавы АД0 или АД1 по ГОСТ 4784-97.

Самый «грязный» сплав – сплав АВ87. Он позволяет следующее содержание примесей: меди – до 3,8 %, цинка – до 3,3 %, кремния – до 5,0 %, свинца – до 0,3 %, олова – до 0,2 %. Железо, марганец и никель могут входить в состав сплава в любом количестве при условии общего содержания всех примесей не более 13,0 %.

ГОСТ 1583-93 – вторичный алюминий в литейных сплавах

Литейные сплавы допускают повышенное по сравнению с деформируемыми сплавами содержание примесей, например, железа. В сплаве АК12 при литье под давлением максимальное содержание железа составляет 1,5 %, в сплаве АК5М2 – до 3,0 %. Поэтому вторичный алюминий широко применяется при приготовлении литейных сплавов.

Вторичный алюминий в деформируемых сплавах по ГОСТ 4784-97

В этих сплавах содержание примесей, в том числе железа, значительно, ниже, чем, скажем, в литейных сплавах. Поэтому приготовление их из вторичного алюминия – более трудная задача. Как правило, вторичным алюминием разбавляют первичный алюминий или чистые производственные отходы до пределов содержания примесей, допускаемых требованиями стандарта или заказа.

Источник

Полезные статьи

Миф про «первичный» и «вторичный» алюминий

На сегодняшний день, на рынке алюминиевого профиля в Украине, среди компаний в сегменте офисных и сантехнических перегородок, достаточно престижно позиционировать свой продукт, как изделие из первичного алюминия.

Давайте рассмотрим, что же на самом деле представляет из себя «первичный» и «вторичный» алюминий.

Как известно, в природе не существует алюминия, как вещества, в чистом виде. Земная кора содержит 8,5 % соединений алюминия с другими элементами. Получается, что изначально «первичный» алюминий добывают путем восстановления глинозема.

Сейчас достаточно высоко развиты технологии по переработке алюминия. И при наличии компетентных специалистов, соответствующего оборудования, глубины переработки и соблюдении технологических требований, можно добиться потрясающих результатов!

Производство алюминия из глинозема, посредством сложных физико-химических реакций, достаточно энергоемкий процесс. Так, например, на производство 1 кг алюминия из натурального сырья тратится 19 КВт часов электроэнергии и около 2 кг глинозема.

А в процессе восстановления алюминия из сплавов требуется всего 5-10 % от энергии, требуемой для производства алюминия из природных ресурсов.

Самое интересное, что и при первом и при втором процессе восстановления получают 100% алюминий, без потери качества материала. Разница в экологичности процессов и рациональности использования природных ресурсов.

А если принять во внимание, что 75% из 1 миллиарда тонн алюминия, которые, когда-либо добывались человечеством уже переработаны или переработаны неоднократно(!) При чем без потери качества! То в данном контексте, можно поставить под сомнения такие понятия как «первичный» и «вторичный» алюминий.

Логично различать алюминий из натурального сырья и алюминий из сплавов.

Источник

Алюминиевый расплав: критерии качества

Ниже представлен обзор по качеству алюминиевых расплавов, которые применяются для изготовления различных видов алюминиевой продукции.

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Рисунок 1 – Типы загрязнения в алюминиевом расплаве [7]

Показатели качества алюминиевого расплава

Алюминиевый расплав – это исходный материал для изготовления любой алюминиевой продукции. Различные виды алюминиевых изделий требуют различного уровня чистоты алюминиевого расплава. Качество алюминиевого расплава является одним из наиболее важных условий для обеспечения заданного уровня качества конечной алюминиевой продукции. Уровень качества расплава определяют три вида загрязнений [1, 2]:

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 2 – Виды загрязнений в алюминиевых расплавах [3]

Измерение загрязнений в алюминии

Для оценки качества алюминиевых расплавов применяют следующие единицы измерения:

Представление об этих единицах дают такие их аналоги:

Для оценки содержания водорода применяют единицы:

Для оценки содержания включений применяют единицы:

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий
Рисунок 3 – Метод подсчета включений в алюминиевом расплаве [7]

Уровни качества первичного и вторичного алюминия

Качество алюминиевого расплава является одним из критических вопросов, особенно для вторичного алюминия, который получают переплавкой алюминиевого лома. Типичные уровни качества первичного алюминия и вторичного алюминия представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Типичные загрязнения в первичном и вторичном алюминиевом расплаве [4]

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий

Водород в алюминии

Единственный газ в алюминии

Водород является единственным газом, который может растворяться в алюминиевом расплаве, так как он не образует соединений с алюминием в отличие от других газов [5] (рисунок 2):

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 4 – Растворимость водорода в алюминии [5]

Реакция алюминия с водой

Водород попадает в расплавленный алюминий в результате реакции между расплавом и водой, которая в виде влаги находится в футеровке, на инструментах, в легирующих добавках, флюсах и шихте, а также в атмосфере печи.

Реакция между водой и алюминием имеет вид:

В результате этой реакции происходит окисление расплава и выделение водорода H2, который может рассеиваться в окружающей среде или входить в металл. Реакция окисления является экзотермической, то есть происходит с выделением тепла. Эта реакция является настолько химически благоприятной, что практически все следы воды, которые контактирует с алюминием, превращаются в водород и оксид [2].

Окисление поверхности расплава происходит с образованием на нем оксидной пленки (рисунок 3). Водород является «побочным» продуктом реакции окисления алюминия. Он или уходит в окружающую атмосферу в виде молекулярного водорода H2, или поглощается расплавом в виде атомарного водорода H [2].

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 6 – Реакция алюминия с водяным паром [2]

В газовых плавильных печах с пламенем, направленным на поверхность расплава, создаются благоприятные условия для повышения содержания водорода в жидком алюминии, поскольку при сжигании газа образуется водяной пар:

Поэтому алюминиевый расплав при температуре 700 ºС на выходе из газовой плавильной печи обычно имеет содержание водорода 0,3-0,4 мл/100 г [2].

Влияние легирующих элементов

Легирующие элементы оказывают влияние на растворимость водорода в алюминии, так как они изменяют средний размер атомов расплава и влияют на размер межатомных «полостей», где располагаются атомы водорода. Легирующие элементы могут увеличивать или снижать растворимость водорода в расплаве алюминия в зависимости от конкретного элемента и его количества [1]:

Ловушки для водорода в алюминии

В расплавленном алюминии водород находится в двух формах [2]:

В твердом алюминии водород находится [2]:

Места, где водород скапливается, когда выходит из твердого раствора, называют ловушками. Это – вакансии, дислокации, поры, полости, границы зерен. При нагреве в ходе термической обработки молекулярный водород в таких ловушках расширяется и может деформировать окружающий металл с образованием поверхностных дефектов, таких как «пузыри» (рисунок 4) [2].

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 7 – Диффузия и скопление водорода в водородных ловушках [2]:
а) границы зерен и внутренние полости (например, поры);
б) полости вблизи поверхности, вызывающие образование «пузырей»

Включения в алюминии

Влияние включений на свойства алюминиевых изделий

Включения – это нежелательные твердые фазы, которые:

Включения снижают механические свойства отливок и слитков, особенно усталостную прочность и пластичность, так как твердые частицы разрушаться в ходе процессов обработки металлов давлением или действовать как концентраторы напряжений или зародыши трещин при литье.

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминий
Рисунок 8 – Оксиды в жидком алюминии [7]

Твердые частицы, например, частицы футеровки, могут приводить к микроскопическим отверстиям в катаной фольге, разрывам при волочении проволоки, надрывам при производстве банок для напитков («пивных» банок). Они также могут быть причиной точечных дефектов в толстых листах или поверхностных дефектов в листах и прессованной продукции.

Уровень содержания включений в алюминиевых расплавах различного назначения показан на рисунке 5

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 5 – Требования к содержанию включений
для различной алюминиевой продукции [3]

Источники включений в алюминиевых расплавах

Источниками включений являются практически все технологические операции алюминиевых производств (рисунок 6).

что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть фото что такое первичный и вторичный алюминий. Смотреть картинку что такое первичный и вторичный алюминий. Картинка про что такое первичный и вторичный алюминий. Фото что такое первичный и вторичный алюминийРисунок 6 – Производственные источники включений
в алюминиевых расплавах [3]

Классификация включений

Включения могут различаться 2:

Включения могут представлять собой объекты от макро-частиц (таких, как крупные частицы огнеупорной футеровки), которые имеют размеры в несколько миллиметров, до микроскопических частиц и фаз, таких как интерметаллические частицы, размеры которых составляют от нескольких микрометров до 100 мкм.

Алюминиевые изделия общего назначения могут содержать значительное количество включений без каких-либо проблем. Однако изделия с критическими требованиями по безопасности или повышенным уровнем качества требуют выполнения более жестких требований по содержанию включений (см. рисунок 5).

Основной проблемой алюминиевых расплавов являются именно неметаллические включения [3]. К ним относятся:

Примерами металлических и интерметаллических включений являются:

Эндогенные включения образуются непосредственно в расплаве в ходе производства в результате химических реакций, например, в результате реакции алюминия с кислородом с образованием оксида алюминия:

Металлические и интерметаллические включения, такие как Al3Fe, Al6(Fe,Mn) могут попадать в расплав из-за его загрязнения железом. Кроме того, что они снижают коррозионную стойкость, усталостную прочность и вязкость, они также вызывают разрывы при прокатке и «портят» внешний вид анодированных профилей [1].

Эгзогенные включения – это включения, которые уже существовали в шихте еще до загрузки в печь плавления или вошли в расплав извне, например, в виде частиц от разрушенной огнеупорной футеровки печей, желобов и т. п. К ним относятся 1:

Примесные элементы в алюминиевом расплаве

Первичный и вторичный алюминий

Примесными элементами называют химические элементы, которые ненамеренно попадают в алюминиевый расплав. Несмотря на то, что их содержание в расплаве обычно невелико, некоторые примесные элементы могут существенно влиять на свойства алюминия и на технологические процессы, которым он подвергается. В некоторых случаях диффузия этих элементов может вызывать сегрегацию. Это может давать локальную более высокую концентрацию этих элементов.

Основными источниками примесных металлов в алюминии являются [1, 2]:

В расплаве первичного алюминия:

В расплаве вторичного алюминия:

Влияние примесных элементов на качество продукции

Примесные элементы в алюминиевом расплаве оказывают, как правило, отрицательное влияние на качество конечной продукции, например [6]:

1. Direct-Chill Casting of Light Alloys: Science and Technology /J.F. Grandfield, D.G. Eskin, I.F. Bainbridge – TMS-Wiley – 2013

2. Inclusions and Hydrogen and Their Effects on the Quality of Direct Chill Cast and Flat Rolled Aluminium Alloys for Aerospace Applications /A. J. Gerrard – PhD thesis – The University of Birmingham – 2014

3. Understanding of Inclusions – Characterization, Interactions and Boundaries of Removability with Special Focus on Aluminium melts / Bernd Friedrich – Aachen University – 2015

4. V. Kevorkijan – Materials and technology 47 (2013) 1, 13-23

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *