Особенности, преимущества и свойства алюминиевых плит.
Алюминиевая плита — монолитное изделие, имеющее поликристаллическую структуру, сформированную в процессе термомеханической обработки, которое получают горячей прокаткой из предварительно гомогенизированного слитка.
Особенности:
Введение:
Алюминий и его сплавы занимают второе место после стали по объемам потребления в мировой промышленности. При этом алюминиевые плиты являются одним из наиболее востребованных продуктов плоского цветного металлопроката.
Производство и потребление неразрывно связаны с развитием авиастроения, судостроения, транспортного машиностроения и энергетики, где требуется сочетание высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и ремонтопригодности.
Но стоит учитывать, что ремонтопригодность алюминия сваркой зависит от сплава, например высокопрочные сплавы плохо поддаются сварке и склонны к образованию горячих трещин.
Функции:
- несущая — восприятие статических и динамических нагрузок в составе строительных и транспортных конструкций;
- защитная — обеспечение барьера от внешних воздействий при использовании в качестве обшивки;
- теплопроводящая — эффективное распределение тепловых потоков благодаря коэффициенту теплопроводности алюминия;
- электропроводящая — использование в электротехнических шинах и токопроводящих элементах;
- технологическая — обеспечение базы для последующей механической обработки, сварки, гибки и штамповки.
Польза:
Плита обеспечивает высокую удельную прочность: при плотности около 2,7 г/см³ (примерно втрое меньше стали) она сохраняет высокие механические характеристики, что позволяет снижать массу конструкций без потери прочности.
За счёт легирования и термической обработки свойства плиты можно регулировать в широком диапазоне — от пластичных и коррозионностойких сплавов системы Al–Mg до высокопрочных термически упрочняемых сплавов систем Al–Cu–Mg и Al–Zn–Mg–Cu, что позволяет подобрать материал под конкретную задачу.
Плиты из алюминиевых сплавов обладают высокой технологичностью при механической обработке, поэтому из них можно изготавливать прецизионные детали сложной геометрии с предсказуемым результатом механообработки. Важно знать, что обработка, включая фрезерование, сверление и шлифование, требует учёта специфических физико-химических свойств материала.
Для ответственных применений выпускаются плиты с нормированным уровнем остаточных напряжений, достигаемым правкой растяжением, что обеспечивает стабильность размеров при последующей обработке и снижает риск деформаций.
Если говорить о защите от коррозии, то она заключается в мгновенном образовании на поверхности плиты тончайшей, но чрезвычайно плотной пленки оксида алюминия. Для использования в морской воде и подобных агрессивных средах применяется дополнительная защита — плакирование.
Алюминий сохраняет свои свойства при переплавке, а энергия, затрачиваемая на получение вторичного металла, составляет лишь 5% от затрат на производство первичного алюминия, но это справедливо при условии надлежащей сортировки лома и рафинирования расплава.
Данные возможности формируют ассортимент алюминиевых плит, позволяя подбирать их под конкретные условия эксплуатации во многих отраслях.
Состав и применение:
Состав:
Плита не является однородным веществом, обычно — это сложный сплав с определенной кристаллической решеткой и фазовым составом. Микроструктура включает зёрна твёрдого раствора алюминия с легирующими элементами и дисперсные выделения интерметаллидных фаз, определяющие прочностные характеристики.
В алюминиевых плитах структура формируется в процессе кристаллизации слитка и последующей пластической деформации (прокатки). Структура плиты может быть мелкозернистой (после рекристаллизационного отжига) или волокнистой (после горячей деформации).
В зависимости от состава получают изделия с различными свойствами:
- 99% алюминия обеспечивает высокую коррозионную стойкость, электропроводность и пластичность, но низкую прочность;
- медь и магний обеспечивают высокое упрочнение после термообработки (закалка + старение);
- марганец повышает прочность, коррозионную стойкость и свариваемость;
- магний упрочняет сплав без потери пластичности, улучшает свариваемость и стойкость к морскому климату;
- цинк и магний позволяют изготавливать высокопрочные плиты.
Применение:
В отличие от листа, толщина плиты является пороговым признаком, определяющим как технологию производства, так и область применения. Нижняя граница может начинаться с 6 мм, а верхняя может достигать 400 мм и более для специальных применений.
Благодаря высокой удельной прочности и модулю упругости, алюминиевые сплавы способны воспринимать значительные изгибающие и сжимающие нагрузки при относительно небольшой массе.
Алюминиевые плиты находят применение в высокотехнологичных отраслях благодаря сочетанию лёгкости и прочности:
- авиационная и космическая промышленность: обшивка фюзеляжей, силовые элементы крыльев, панели отсеков, монтажные основания;
- судостроение и морская техника: корпуса катеров, паромы, палубные настилы, элементы надстроек, работающие в морской воде;
- криогенная техника: резервуары для хранения и транспортировки сжиженного природного газа, жидкого кислорода и азота;
- строительство и архитектура: фасадные панели, ограждающие элементы, кровельные конструкции сложных форм, элементы мостовых переходов;
- химическая и нефтегазовая промышленность: сосуды, аппараты, резервуары, детали насосно-компрессорного оборудования, контактирующие с допустимыми агрессивными средами;
- машиностроение: элементы шасси, батарейные отсеки, корпусные детали;
- приборостроение: монтажные платы, основания приборов, платформы, рабочие столы, калибровочные инструменты;
- энергетика: гидравлическое и топливное оснащение, конструкционные элементы оборудования;
- электротехника: токопроводящие шины, основания для силовых полупроводниковых приборов, теплоотводы;
- пищевая промышленность: технологические линии, ёмкости и резервуары.
Эксплуатация:
Эксплуатация плит требует учета специфических физико-химических свойств материала.
Длительная эксплуатация плит из упрочняемых сплавов ограничена температурами до 150 °C. При более высоких температурах происходит коагуляция упрочняющих фаз и падение прочности. Плиты из неупрочняемых сплавов могут работать до 300 °C.
Хотя алюминий стоек к атмосферной коррозии, плиты подвержены специфическим видам разрушения, включая межкристаллитную коррозию, коррозионное расслаивание и контактную коррозию.
Алюминий пластичен и имеет низкую температуру плавления, что требует применения подходящего инструмента, специальных смазочно-охлаждающих жидкостей и высоких скоростей резания для предотвращения налипания стружки.
Плиты должны храниться в сухих, проветриваемых помещениях. Недопустим контакт с цементом, известью, щелочами и прочим, что разрушает оксидную пленку.