Легированные стали и твердые сплавы

 

Легированными или специальными называют стали, в которые вводят легирующие элементы (от греческого «лега» — сложное). Ле­гирующими называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее структуры и свойств. К ним относятся: Cu, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mn, Co и др.

Легированием повышают коррозионную стойкость сталей, при­дают им стойкость в условиях низких и высоких температур и дав­лений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др. От­дельные легирующие элементы повышают у стали: Cu, Si, Cr, Mo, Ni и др. — коррозионную стойкость: Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni и др. — твердость и прочность; V, Со, Ni — вязкость; Cr, Mn, Ni — сопро­тивление истиранию и т. д.

Легирующие элементы в стали могут находиться в свободном состоянии (очень редко), в виде твердых растворов замещения в феррите, аустените и цементите (легированный цементит), самостоя­тельных специальных карбидов, химических соединений с железом или друг с другом (интерметаллических) и с неметаллами (оксидов, сульфидов и др.). Более всего легирующие элементы образуют твер­дые растворы и карбиды. Большинство легирующих элементов рас­творяются в феррите и аустените с образованием твердых растворов замещения.

Легирующие элементы разделяют на две группы — не образую­щие карбидов и карбидообразующие.

Железо и вводимые в сталь легирующие карбидообразующие элементы Mn, Cr, Mo, W, Ni, V и др. (они расположены в порядке повышения степени сродства к углероду) образуют с углеродом кар­биды — Mn₃С, Сr₇С₃, Мо₂С, W₂C, NiC, VC и др., повышающие твердость и прочность стали. Железо имеет более низкую степень срод­ства к углероду, чем легирующие элементы.

В легированных сталях содержатся три фазы: легированные фер­рит, аустенит и цементит. Легированные феррит и аустенит являют­ся твердыми растворами легирующих элементов соответственно в модификациях α-Fe и γ-Fe, а легированный цементит является це­ментитом, в котором часть атомов железа замещена атомами леги­рующего элемента.

Преимущества легированных сталей особенно полно проявляются после термической обработки.

Легированные стали классифицируют в зависимости от общего содержания легирующих элементов: низколегированные содержат до 2,5%, среднелегированные 2,5—10% и высоколегированные — более 10% легирующих элементов; по назначению — конструкцион­ные (машиностроительная, строительная), с особыми свойствами (коррозионностойкие или нержавеющие, жаростойкие, жаропроч­ные и др.) и инструментальные. Легированные стали маркируют с обозначением каждой марки стали буквой и числом.

Низколегированные строительные стали применяют для изготов­ления строительных стальных конструкций (ферм, мостов, нефте­проводов, газопроводов и др.) и арматуры для железобетонных кон­струкций.

Стальные конструкции обычно являются сварными и поэтому для них применяют хорошо свариваемые малоуглеродистые (менее 0,22—0,25% С) низколегированные стали повышенной прочности с добавлением более дешевых легирующих элементов — кремния и марганца.

Низколегированные стали повышенной прочности обладают высокой пластичностью (δ = 23—25%) и ударной вязкостью, повы­шенной прочностью; предел прочности при растяжении 550— 600 МПа, предел текучести 350—450 МПа, а после термической об­работки эти показатели становятся еще выше.

Кроме низколегированных сталей повышенной прочности при­меняют и низколегированные стали высокой прочности, имеющие предел текучести более 450 МПа. Например, сталь марки 18Г2АФ имеет ферритно-перлитную структуру со значительно измельченны­ми зернами вследствие наличия в ней нитридов ванадия, что значи­тельно повышает предел текучести (примерно выше на 100 МПа).

В железобетонных конструкциях применяют простые углероди­стые стали и низколегированные арматурные стали в виде прово­локи и стержней гладких или периодического профиля. Ненапря­женные железобетонные конструкции, в которых сталь испытыва­ет небольшие напряжения, армируют простыми углеродистыми сталями и низколегированными сталями марок 35ГС, 18Г2С и 25Г2С.

Предварительно напряженные конструкции, в которых сталь подвергается большим напряжениям, армируют высокопрочными среднеуглеродистыми, высокоуглеродистыми и низколегированны­ми (марок 45С, 80С, 35ГС, 45ГС, 20ХГ2С, 20Х2Г2Т) сталями в горя­чекатаном или термически упрочненном состоянии путем закалки и отпуска.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. При воздействии внешней среды может происходить разрушение металла, называе­мое коррозией. Коррозионностойкими называют стали, обладаю­щие высокой стойкостью против коррозии в агрессивных средах. Наиболее подвержены коррозии в различных средах (на воздухе, в воде и др.) железоуглеродистые и низколегированные стали. В этих случаях на поверхности металлов образуется неплотная оксидная пленка, не предохраняющая металл от дальнейшей коррозии.

При введении некоторых легирующих элементов в сталь скачко­образно повышается ее коррозионная стойкость, а при определен­ном количестве легирующего элемента возможно получение стали, практически не поддающейся коррозии. Название нержавеющей стали дается в зависимости от введенного в нее легирующего эле­мента.

Наиболее широко применяются хромистые нержавеющие стали, а также хромоникелевые. В них главным легирующим элементом яв­ляется хром. Хромистые содержат 0,08—0,40% С и 13—17% Сr и об­ладают полной коррозионной стойкостью на воздухе, в воде и неко­торых кислотах, щелочах и солях благодаря тому, что на поверхности стали образуется плотная тонкая пленка оксида хрома, защищающая сталь от коррозии.

Сталь, содержащая менее 12% Сr, подвержена коррозии. Обыч­ные марки хромистых нержавеющих сталей: 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 12X17, 08Х17Т, 14Х17Н2 (содержит 1,5—2,5% Ni), 15Х25Т, 15X28.

Высокую коррозионную стойкость имеют и хромоникелевые стали. В качестве основных легирующих элементов в них вводят хром и никель. Их получают введением никеля в хромистую сталь, содержащую 0,12—0,14% С и 17—20% Сr. С введением никеля хро­мистая сталь приобретает аустенитную структуру, что уменьшает склонность зерен к росту, повышает коррозионную стойкость, пред­отвращает хладноломкость, улучшает механические свойства. Мар­ки хромоникелевых нержавеющих сталей: 12Х18Н8, 12Х18Н9Т, 10Х14Г14НТ и др.

Коррозионностойкие стали применяют для изготовления строи­тельных изделий и конструкций, эксплуатируемых в грунтовых и морских водах, газах и других агрессивных средах.

Жаростойкие и жаропрочные стали. В различных областях тех­ники все шире используют высокие температуры и давления. Между тем при высоких температурах металлы ведут себя иначе, чем при обычных или даже несколько повышенных (300—350°С) температу­рах.

Жаростойкими (окалиностойкими) называют стали, стойкие против химического разрушения (окисления) их поверхности в газо­вой среде при температурах выше 550°С, работающие длительное время в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Окалиностойкость стали повышают легированием ее элементами, облада­ющими большим сродством к кислороду, чем железо, вследствие чего в благоприятном направлении изменяются состав и строение окалины.

При окислении стали, легированной алюминием, кремнием или хромом, имеющими большое сродство к кислороду по сравнению с железом, на ее поверхности образуется тонкая плотная пленка окси­дов Al₂O₃, SiO₂ или Сr₂О₃, затрудняющая дальнейшее окисление.

С повышением содержания данных легирующих элементов по­вышается окалиностойкость стали, что позволяет нагревать ее до более высокой рабочей температуры.

Предельная температура эксплуатации жаростойких сталей со­ставляет 900—1150°С при содержании хрома 16—27%, если действие нагрузки кратковременное. При высокой температуре металл может иметь высокую прочность, а при длительном ее действии прочность становится низкой.

Жаростойкие стали содержат 0,08—0,50% С; они легируются главным образом хромом, а также молибденом, вольфрамом, вана­дием.

Легированные инструментальные стали и твердые сплавы. Леги­рованные инструментальные стали применяют в тех случаях, когда углеродистую сталь нельзя применять ввиду недостаточной ее стой­кости.

Тонкое лезвие (кромка) режущего инструмента работает под бо­льшим удельным давлением, в результате чего оно затупляется, из­нашивается. Для обеспечения длительной надежной работы оно должно изготовляться из металла с твердостью выше 60HRC. При больших скоростях резания и особенно твердых металлов кромка режущего инструмента значительно нагревается (до красного кале­ния). В этом случае режущая кромка должна быть из стали, облада­ющей так называемой красностойкостью (теплостойкостью), т. е. способностью сохранять высокую твердость при продолжительном нагревании.

У низколегированных инструментальных сталей высокая твер­дость сохраняется до температуры 250°С, у высоколегированных — до 600°С.

Марки низколегированных инструментальных сталей: Х06,85ХФ, 9ХС, ХГ, ХВГ, ХГСВФ, В1 и др.

Низкоуглеродистые инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов, работающих в относительно легких условиях, и измерительных инструментов.

Высоколегированные (быстрорежущие) стали легируют боль­шим количеством карбидообразующих элементов — ванадием, во­льфрамом, молибденом, хромом. Возникают высокотвердые специ­альные карбиды, которые при закалке переходят в твердый раствор.

Эти стали обладают высокой твердостью (горячей твердостью) и высокими режущими свойствами в горячем состоянии и красно­стойкостью, способностью сохранять высокую твердость во време­ни. Из них изготовляют режущие инструменты для работы при вы­соких скоростях резания, когда выделяется много теплоты и инструменты сильно нагреваются. Основные марки быстрорежущих сталей: Р18, Р6М5, РЗМЗФЗ, Р6М5Ф2КВ и др.

Быстрорежущие стали обозначают буквой Р (рапиц-скорость); число за буквой Р — содержание вольфрама в процентах (буква В не пишется).

После отжига стали всех марок состоят из α-твердого раствора и карбидов.

Твердые металлокерамические сплавы и керметы. Твердые спла­вы изготовляют на основе тугоплавких карбидов. Они обладают высокими прочностью, твердостью, износостойкостью, коррозион­ной устойчивостью и жаростойкостью. Разогрев кромки режущего инструмента из быстрорежущей стали допустим только до 650°С, а из твердых сплавов разогрев возможен до 800—1000°С.

Твердые металлокерамические сплавы готовят способом порош­ковой металлургии. Порошки карбидов вольфрама и титана смеши­вают с кобальтом или никелем (связующим веществом), прессуют, и полученные изделия обжигают при высокой температуре (1500—2000°С) до спекания. Обожженные изделия состоят из мель­чайших зерен карбидов, связанных кобальтом. Полученные изделия обладают высокой твердостью (HRC до 85) вследствие содержания в них 90—95% карбидов и сохраняют ее вплоть до температуры 1000°С. Марки металлокерамических сплавов: ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗОК6, Т60К6.

Из металлокерамических сплавов готовят режущие пластины, резцы, сверла, фрезы и др.; их применяют для скоростного резания металлов.

Керметы, т. е. керамико-металлические порошковые сплавы, го­товят методом порошковой металлургии. Из порошков неметалли­ческих материалов (карбидов, оксидов, нитридов, силицидов, боридов) и металлов (кобальта, никеля, хрома и др.), являющихся связующим веществом, получают изделия с высокими показателями твердости, коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочно­сти.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

 

Целью термической обработки стали является изменение ее структуры и свойств. При термической обработке сталь нагревают обычно до температур, при которых образуется аустенит, и охлаж­дают. При этом происходят фазовые превращения, переход менее устойчивой структуры, полученной предшествующей обработкой, в более устойчивую и равновесную.

При нагревании выше PSK образуются зародыши кристаллов аустенита и его мелкие зерна (см. рис. 19.7). При повышении темпе­ратуры или продолжении выдержки при данной температуре зерна аустенита растут. При охлаждении размеры зерен не изменяются. Аустенит находится в метастабильном состоянии, и в нем происхо­дят превращения, он распадается с образованием более стабильных структур; при распаде в области повышенных температур образует­ся структура из феррита и цементита.

При термической обработке значительно изменяются свойства стали, причем наибольшее значение имеет изменение механических свойств.

В зависимости от требований к стальным полуфабрикатам (от­ливкам, поковкам, прокату и др.) и изделиям применяют следующие основные виды термической обработки: отжиг, нормализацию, за­калку и отпуск.

Отжигом называют термическую обработку стали, получившей неустойчивое состояние в предыдущей обработке, путем нагревания выше линий Ас₃ или Ac₁ и медленного охлаждения вместе с печью, что приводит ее в более устойчивое состояние.

При нагревании стали выше линии Ас₃ происходит полная ее пере­кристаллизация с образованием аустенита, а при медленном охлажде­нии аустенит распадается и превращается в перлитовые структуры.

Отжиг стали проводят для устранения некоторых дефектов ее предыдущей горячей обработки (литья, ковки и др.) или для подго­товки ее структуры к следующим операциям (закалке, обработке ре­занием и др.). Часто отжиг является окончательной термической операцией. Различают отжиг 1-го и 2-го рода.

Отжиг 1-го рода проводят с целью снятия остаточных напряже­ний и искажения кристаллической решетки, уменьшения неоднород­ности стали, полученных в результате предшествующей обработки. Он осуществляется при температурах ниже или выше фазовых пре­вращений (650—1200°С). Ему подвергают стальные отливки, дета­ли, обработанные резанием, сварные изделия, холоднодеформиро-ванную сталь и др.

При отжиге 2-го рода сталь нагревают до температуры выше ли­ний Ас₃ или Ас₁, выдерживают при данных температурах и медлен­но охлаждают. При этом в стали протекают фазовые превращения — перекристаллизация, в результате которых структура. практически становится близкой к равновесной. При фазовой пере­кристаллизации происходит измельчение зерен, снимаются внутрен­ние напряжения, уменьшается структурная неоднородность, что и обусловливает повышение пластичности и вязкости. После отжига сталь имеет низкие прочность и твердость, что облегчает обработку резанием среднеуглеродистой и высокоуглеродистой стали. Отжигу 2-го рода подвергают отливки, поковки и прокат для повышения пластичности и вязкости.

Отжиг 2-го рода является в производстве обычно промежуточ­ной операцией, а для многих крупных отливок — окончательной термической обработкой.

Нормализацию (нормализационный отжиг) доэвтектоидных ста­лей производят нагреванием на 50°С выше Ас₃, а заэвтектоидных — на 50°С выше Аст, недолго выдерживают при этих температурах для прогрева стали и завершения фазовых превращений и охлажда­ют на воздухе. Происходит полная фазовая перекристаллизация и устраняется крупнозернистая структура, полученная сталью при ли­тье, прокатке, ковке или штамповке, в результате чего улучшаются ее свойства. При быстром охлаждении на воздухе аустенит распада­ется при более низких температурах, чем при медленном охлажде­нии стали вместе с печью при отжиге, что приводит к образованию более дисперсной ферритно-цементитной структуры и на 10—15% повышает прочность и твердость среднеуглеродистой и высокоугле­родистой стали по сравнению с отжигом.

Нормализация экономнее отжига, так как сталь охлаждается за пределами печи.

Закалка стали. При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температур на 30—50°С выше Ас ₃, а заэвтектоидные — на 30—50°С выше Ас ₁, выдерживают при этих температурах для завершения фа­зовых превращений и с большой (выше критической) скоростью ох­лаждают, точнее переохлаждают до низких температур, когда не­возможны диффузионные процессы. Углеродистые стали чаще охлаждают в воде, а легированные — в минеральном масле или дру­гих средах.

В результате закалки значительно повышается твердость стали. Закалка является промежуточной, не окончательной термической операцией. После закалки сталь подвергают отпуску для уменьше­ния внутренних напряжений и хрупкости, возникших в результате закалки, и для придания стали необходимых механических свойств.

Доэвтектоидные стали, имеющие структуру феррит + перлит, при нагревании на 30—50°С выше Ас ₁приобретают структуру аустенита, который при непрерывном быстром охлаждении превраща­ется в мартенсит — пересыщенный твердый раствор внедрения угле­рода в α-Fe.

Содержание углерода в мартенсите может доходить до 2,14%, т. е. как и в исходном аустените, в то время как в равновесном со­стоянии растворимость углерода в α-Fe при 20°С не более 0,002%. Применяют следующие основные способы закалки: непрерыв­ную, прерывистую и ступенчатую.

Непрерывная закалка — с полным охлаждением в одном охладителе (в воде или минеральном масле) — самая простая и при­меняется наиболее широко. Ее применяют для простых изделий из углеродистых и легированных сталей.

Прерывистая закалка или закалка в двух средах: изделие быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше точки Мн (температуры начала мартенситного превращения), быстро переносят в среду с меньшей скоростью охлаждения (минеральное масло, воздух), в которой они охлаждаются до температуры 20°С. При охлаждении во второй среде в стали уменьшаются внутренние напряжения. Этим способом закаляют инструменты из высокоуглеродистой стали.

Ступенчатая закалка заключается в следующем. Сталь­ное изделие охлаждают в среде расплавленных солей: 45% NaNO₃ + 55% KNO₃, а также в расплавленных щелочах: 20% NaOH + 80% KОН, температура которых несколько выше Мн (обычно 180—250°С), недолго выдерживают в них и затем окончательно ох­лаждают на воздухе до комнатной температуры, когда и происхо­дит закалка, т. е. превращение аустенита в мартенсит. При выдерж­ке изделия в закалочной среде выравнивается температура по сечению изделия. Охлаждение в две ступени уменьшает внутренние напряжения и поэтому уменьшает закалочную деформацию.

При ступенчатой закалке в стали остается больше аустенита, чем при непрерывной закалке, так как мартенситное превращение, про­текающее при охлаждении на воздухе, менее полное, чем при непре­рывной закалке. В результате уменьшаются объемные изменения из-за большого содержания остаточного аустенита, коробление вследствие почти одновременного мартенситного превращения по всему изделию, возможность образования трещин.

Отпуск стали. Состояние закаленной стали является неравно­весным (неустойчивым), в ней даже без нагрева происходят превра­щения и она может приближаться к равновесному состоянию. При нагревании стали увеличивается подвижность атомов и благодаря этому состояние закаленной стали все больше приближается к рав­новесному.

Отпуском называют температурную обработку, состоящую из нагревания закаленной стали ниже температуры равновесного фазо­вого превращения (ниже Ас ₁ ), выдержки при этой температуре и ох­лаждения на воздухе или в воде с целью получения более устойчиво­го состояния структуры стали.

При отпуске закаленной стали при температуре выше 400°С об­разуется смесь феррита и цементита. При отпуске в пределах 350—500°С отпущенная сталь имеет структуру так называемого тро-остита, а при 500—600°С — сорбита, обладающих разной степенью дисперсности частиц цементита и разной твердостью.

Троостит представляет собой тонкодисперсную смесь феррита и цементита, а сорбит — менее дисперсную (среднедисперсную) смесь феррита и цементита (для сравнения укажем, что перлит — грубодисперсная смесь феррита и цементита). С повышением степени дис­персности структуры повышаются твердость и прочность, которые у троостита больше, чем у сорбита.

Сорбит имеет более высокую пластичность (δ, ψ), чем троостит.

Различают низко-, средне- и высокотемпературный отпуски.

При низкотемпературном (низком) отпуске зака­ленную сталь нагревают до температуры 250°С. Мартенсит закалки превращается в отпущенный мартенсит, при этом уменьшаются за­калочные микронапряжения, повышаются прочность и немного вяз­кость, а также незначительно понижается твердость. Такому отпус­ку подвергают измерительный и режущий инструмент и изделия после их поверхностной закалки или химико-термической обра­ботки.

Присреднетемпературном (среднем) отпуске сталь нагревают до температуры 350—500°С, в результате чего она приоб­ретает структуру троостита отпуска или троостомартенсита. После такого отпуска сталь имеет высокие релаксационную стойкость, предел упругости и выносливость. Этот отпуск применяют для изго­товления рессор, пружин, штампов и др.

При высокотемпературном (высоком) отпуске сталь нагревают до температуры 500—680°С, в результате чего она приобретает структуру сорбита отпуска и имеет наилучшее соотно­шение прочности и вязкости. При отпуске при температуре 550—600°С почти полностью снимаются закалочные остаточные на­пряжения.

По сравнению с отжигом или нормализацией закалка стали с высоким отпуском значительно повышает предел прочности, предел текучести, относительное сужение и особенно повышает ударную вязкость.

СОРТАМЕНТ СТАЛЬНОГО ПРОКАТА

 

Прокатом называют детали и изделия, изготовленные способом прокатки. Сортаментом называют совокупность профилей (форм поперечного сечения изделий) и размеров изделий. Прокатка метал­ла происходит при прохождении его между двумя валками прокат­ного стана, вращающимися в противоположные стороны, при этом металл под давлением валков обжимается, вследствие чего умень­шается толщина полосы и увеличиваются ее ширина и длина. Путем прокатки изготовляют листы, квадратный и круглый профили, швеллеры, рельсы, балки и др.

Основную массу прокатных стальных изделий прокатывают в горячем состоянии при температуре 900—1250°С (горячая прокат­ка) и небольшую часть — в холодном состоянии (холодная прокатка).

Прокатка — один из самых распространенных способов обра­ботки металлов давлением. Им обрабатывается около 75% всей выплавляемой стали. Стальной прокат широко применяется в стро­ительстве зданий, сооружений, мостов, на железнодорожном транс­порте, в других отраслях производства.

Стальной прокат разделяют на четыре основные группы: листо­вая сталь, сортовая сталь, специальные виды стали и трубы.

Листовую сталь разделяют на два основных вида: тонколисто­вую — листы толщиной меньше 4 мм и толстолистовую — листы толщиной больше 4 мм. Эта сталь имеет разнообразное примене­ние.

Сортовую сталь (рис. 19.9) разделяют на два вида: первый — профили общего назначения: лента, полосовая, квадратная и угло­вая сталь, проволока (различного профиля), швеллеры, двутавровые балки и др.; второй — профили специального назначения: шпунты, рельсы и др. Среди всей прокатной продукции наибольшую часть составляет сортовая сталь (около 50%).

 

Рис. 19.9. Сортамент прокатных сталей:

а — равнобокий уголок; б — неравнобокий уголок; в — швеллер; г — двутавр; д — подкрановый рельс; е —круглая; ж — квадратная; з — полосовая; и — шпунтовая свая; к — листовая; л — рифленая; м — волнистая

 

К специальным видам проката относятся периодические профи­ли (попеременное поперечное сечение по длине проката), гнутые профили, цельнокатаные колеса, бандажи и др. К периодическим профилям проката относится, в частности, применяемая в железобе­тоне арматурная сталь. Гнутые профили изготовляют из ленты или листа толщиной 0,2—20 мм; они весьма широко применяются в строительстве — в оконных переплетах, в строительных конструк­циях и др.

Стальные трубы. Выпускаются бесшовные и сварные стальные трубы, причем наиболее быстро увеличивается производство свар­ных труб.

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

 

Из группы цветных металлов наибольшее распространение по­лучили алюминий и его сплавы. Как и железо, он является метал­лом, добываемым из недр земли в виде соответствующих руд, по­ступающих на переработку. Алюминий — серебристо-белый металл с температурой плавления 660,4°С, плотностью 2,7 г/см³, пределом прочности 127 МПа, твердостью 245 МПа. По распро­страненности в земной коре он занимает первое место среди метал­лов и третье (после кислорода и кремния) среди всех элементов, а именно — содержание алюминия в земной коре составляет 8,45% мас., тогда как содержание железа 4,85% мас. Он химически весьма активен и поэтому всегда в природе находится только в виде сое­динений. Свыше 200 минералов в земной коре содержат в своем со­ставе алюминий. Почти половина из них — алюмосиликаты, в осо­бенности полевые шпаты, на долю которых приходится более половины массы земной коры, а также нефелин, цеолиты, слюды и другие минералы. Кроме того,алюмосиликаты содержатся во вто­ричных породах, образовавшихся вследствие выветривания пер­вичных с переходом их в каолинит Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂О, боксит Al₂O₃∙2H₂О. Одной из важных алюминиевых руд является алунит. Важнейшие соединения алюминиевых руд: криолит Na₃AlF₆, бок­сит и латерит.

Получают алюминий из чистого оксида алюминия, выделяемого из обезвоженных прокаливанием бокситов и других руд. Для этого оксид алюминия (иногда называемый глиноземом) подвергают электролизу в расплавленном состоянии и при высокой температуре (около 1000°С) и большой силе тока. Для понижения температуры плавления добавляют минерал криолит и получают криолитоглино-земный расплав. В результате: 2Al₂O₃ = 4Al (на катоде) + 3О₂ (на аноде). Электролиз выполняют в ванне (рис. 19.10), катодом служит ее графитовая подина. Собранный на катоде (на дне ванны) алюминий периодически выпускают из ванны. В целом производство алюминия яв­ляется трудоемким и сложным.

 

Рис. 19.10. Схема электролитической ванны для получения алюминия:

1 —графитовая подина-катод; 2 — графитовые аноды; 3 — расплав элект­ролита; 4 — расплавленный алюминий

 

Для повышения механической прочности в алюминий вводят легиру­ющие добавки — Mg, Mn, Cu, Si, Zn, т. е. переводят чистый алюминий в сплавы. В качестве конструкционных материалов чаще используют именно сплавы. Их разделяют на деформируе­мые, характеризуемые своей высокой пластичностью и прочностью, и ли­тейные — для изготовления из них различных отливок. Среди деформируемых сплавов — дюралюми-ны, содержащие добавки меди, магния, марганца, кремния, железа. К литейным относят сплавы, содержащие до 7% кремния и именуе­мые силуминами или до 10% магния и отличающиеся высокой кор­розионной стойкостью. Марки технического алюминия: АД, АД1; марки высокопрочного: В-95, В-96.

Алюминиевые сплавы применяют в различных отраслях про­мышленности, а также в промышленном и гражданском строите­льстве, в том числе при возведении подъемно-транспортных соо­ружений, мостов, сборных домов, труб, профилей любого сечения, для изготовления оконных и дверных алюминиевых бло­ков, фасадов зданий, витражей, защитных рольставень, карнизов и т. д.