Преимущества алюминия перед сталью

Обновлено: 01.05.2024

Этот металл, из которого изготавливают разнообразные виды кабельной продукции, обладает рядом достоинств, присущих только ему. Поэтому получил такое широкое применение, и не только в электрике.

Самое главное достоинство, которое есть у этого металла, – его небольшой вес. Это – неоспоримое преимущество, которое делает возможной прокладку линий электропередач (ЛЭП). Расстояние между опорами довольно большое. Поэтому можно между ними протянуть лёгкий кабель с алюминиевыми жилами. Малый вес позволяет легче и быстрее прокладывать разные виды электропроводки – снаружи и внутри помещений, под землёй и по воздуху. Стоимость алюминиевых проводов намного ниже, чем кабелей, изготовленных из других металлов. Это объясняется большой распространённостью, а также относительно невысокой стоимостью технологии производства. Эти два фактора сыграли решающую роль при выборе материала для проводки электричества в старых постройках. К тому же в то время нагрузка на электросети была гораздо ниже, чем в настоящее время. Устойчивость к коррозии – ещё одна немаловажная причина выбора. На открытом воздухе при контакте с кислородом алюминиевые провода сразу же окисляются. На поверхности образуется тонкая и прочная плёнка, предотвращающая дальнейшую коррозию металла. Но это качество является и недостатком – алюминиевый окисел является плохим проводником.

Преимущества алюминия.

Легкий и прочный.

Одной из наиболее заметных особенностей алюминия является его легкость, поскольку по сравнению со Сталью его плотность ниже, что дает ему еще один диапазон возможностей. Несмотря на это свойство, оно все еще довольно прочное, поэтому ламинаты, изготовленные из этого материала, довольно распространены, так как они не будут тяжелыми, но если они будут прочными.

Дешевый.

Одна из причин, по которой предпочтение отдается алюминию, заключается в том, что его цена обычно дешевле, чем у других материалов. Например, в случае окон, где вы хотите, чтобы они соответствовали остальной части дома, это дешевле, чем использование дерева.

Ковкость.

Он более податливый, в отличие от других материалов, которые не могут принимать более сложные формы без разрушения. Это позволяет создавать более эластичные объекты, которые могут оказать на них некоторое давление, которое другие металлы не выдержат. Кроме того, именно по этой причине бумага может быть изготовлена из этого, так как ламинаты, образовавшиеся из-за этого свойства, могут быть очень тонкими.

По теме: Преимущества и недостатки светодиодных ламп освещения

Процессы производства алюминия, как правило, требуют много энергии, так как также учитываются методы экстракции, но для повторного использования металла из банок, окон, ламинатов или других других вещей требуется только плавление и обработка, что дает нам экономию энергии и продукт того же качества.

Естественная коррозионная стойкость.

При контакте с кислородом он образует слой оксида на его поверхности, который естественным образом предотвращает коррозию, которая может быть под воздействием атмосферных воздействий или контакта с химическими веществами. Это дает вам очень длительный срок службы, который может быть увеличен с дополнительной защитой.

Главные недостатки алюминиевых проводов

Как и любому материалу, алюминию присущи свои отрицательные качества.

Места соединений проводников, изготовленных из алюминия, являются достаточно проблемными для прохождения тока. Это происходит из-за плёнки окисла, образующейся на его поверхности. Обладая высоким сопротивлением, эта плёнка способствует нагреву проводов. Особенно это опасно для кабелей, имеющих небольшое сечение. При нагреве алюминий имеет свойство расширяться, менять свою форму и пластичность. После остывания он возвращается в исходное состояние. Такие колебания приводят к тому, что в местах соединения проводников контакт со временем может нарушиться. Зазор между ними может явиться причиной искрения, часто приводящего к пожарам. По статистике, алюминиевая проводка является намного более пожароопасной, чем другие виды электропроводки. Свойства алюминиевой кристаллической структуры приводят к тому, что металл подвержен растяжению. Такое качество плохо сказывается в местах соединений проводов, выполненных методом скрутки. Высокое удельное сопротивление (0,027 Ом*мм2/м) не позволяет конкурировать алюминию с такими металлами, как медь (0,018 Ом*мм2/м). То есть он оказывает в полтора раза большее сопротивление прохождению электрического тока. Поэтому для одинаковой с медью пропускной способности кабели из алюминия должны иметь большее сечение. Алюминию присуще такое негативное качество, как ломкость. Особенно это проявляется со временем, когда срок службы электрической алюминиевой проводки близок или превышает допустимый – 25 лет. Уже нельзя будет согнуть жилу с небольшим радиусом изгиба – она просто обломается. Поэтому рекомендуется по истечении срока службы менять алюминиевую электропроводку на другие её виды.

Согласно требованиям ПУЭ (правил устройства электроустановок), а также вышеописанным недостаткам, для проводки в квартирах и других помещениях алюминиевые кабели должны иметь сечение, равное или больше 16 мм2. Алюминиевая проводка должна соединяться болтовыми соединителями, зажимами с пружинными клеммами или клеммными колодками. Существуют специальные смазки, предотвращающие образование оксидной плёнки на поверхности проводников. Перед соединением желательно покрыть проводники такой смазкой. Таким образом, переходное сопротивление будет небольшим.

Химические свойства алюминия

В обычных условиях алюминий проявляет степень окисления +3, при высоких температурах +1, редко +2.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду, образуя окись Al2О3; в порошкообразном состоянии при накаливании в токе кислорода он сгорает, развивая температуру около 3000°С. Эту особенность алюминия используют в алюминотермии для восстановления некоторых металлов из их окислов. При высокой температуре алюминий соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид AlN, карбид Al4С3 и сульфид Al2S3. С водородом алюминий не взаимодействует; гидрид (AlH3)х получают косвенным путём. Алюминий легко растворяется в щелочах с выделением водорода и образованием алюминатов. Большинство солей алюминия хорошо растворимо в воде.

Сравнение алюминиевых и медных проводов

Какие виды кабелей более предпочтительны – медные или алюминиевые? Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Есть свойства, которые являются определяющими для применения меди. По некоторым показателям алюминий также имеет преимущество. Всё зависит от конкретного места и способа проводки.

Такие свойства алюминиевых проводов, как небольшой вес и стоимость, являются определяющими при строительстве ЛЭП. Малый вес позволяет быстрее и легче управляться с большими бухтами кабеля. Его проще монтировать между опорами, понадобится меньше крепящего оборудования. В последнее время большую популярность приобрели алюминиевые кабели СИП (Самонесущие Изолированные Провода). Они пришли на замену оголённым проводам, имея перед ними существенные преимущества.

Для применения внутри помещений следует рассмотреть, по каким критериям имеет преимущества тот или иной металл.

Допустимый срок эксплуатации. Алюминиевая проводка может служить от 15 до 30 лет, в зависимости от изоляции. После этого вследствие изменения свойств алюминия её необходимо заменить. У меди в этом плане преимущества нет. Сегодня бытует ошибочное мнение, что медная проводка может служить почти в два раза дольше алюминиевой. На самом деле у обоих металлов срок службы приблизительно одинаков, что подтверждается в специализированных справочниках. Прочность. По этому показателю медь значительно опережает своего конкурента. Если медный провод может без повреждения выдержать до 80 перегибов, то алюминиевый – всего 12. Но если вести скрытую проводку, то ресурса на изгиб достаточно у обоих металлов. Подверженность окислительным процессам. Оба материала окисляются, только с алюминием этот процесс происходит гораздо быстрее, но также быстро и заканчивается. Образовавшаяся плёнка не даёт коррозии проникать глубже, но обладает низким удельным сопротивлением. Плёночный слой меди своих токопроводящих свойств не теряет. Удельная пропускная способность. Здесь превалирует медь с внушительным перевесом. Причина описана выше. Стоимость. По этому показателю алюминиевые провода побеждают со значительным отрывом. Их цена в два, а то и в три раза ниже медных. Но это достижение не так велико, как кажется. Чтобы пропустить, например, ток 27 Ампер, потребуется медный провод сечением 2,5 мм2. Эту же задачу сможет решить проводник из алюминия сечением не менее 4 мм2. Вес. Медь тяжелее алюминия – это одна из причин, почему медные провода не применяют при сооружении линий электропередач.

Следует помнить, что соединять скруткой провод одножильный алюминиевый с медным нельзя. Причина – разное удельное сопротивление, степень расширения при нагреве, а также другие физические параметры. Скруткой можно соединять только однородные металлы, но наилучшее соединение – только с помощью клемм.

Конструкционные свойства алюминия

Алюминиевые сплавы как конструкционные материалы обладают рядом преимуществ, которые дают им возможность конкурировать со сталью в некоторых видах строительных конструкций. Эти преимущества обеспечиваются физическими свойствами алюминиевых сплавов, а также процессом производства алюминиевых изделий, в первую очередь, экструзией алюминия.

При поиске областей применения алюминия в строительстве следует учитывать следующие особенности свойств алюминиевых сплавов как конструкционных материалов [1]:

1) Алюминиевые сплавы представляют собой большое семейство конструкционных материалов. Прочностные свойства некоторых из них сравнимы с механическими свойствами малоуглеродистых сталей. Смотрите подробнее Строительные алюминиевые сплавы.

2) Модуль упругости алюминия и его сплавов приблизительно в три раза меньше, чем у сталей (рисунок 1).

3) Сразу за упругим участком кривой растяжения алюминиевые сплавы имеют участок деформационного упрочнения без площадки текучести (в отличие от сталей) (рисунок 1).

4) Относительное удлинение алюминиевых сплавов при растяжении составляет от 8 до 12 %, что ниже, чем у углеродистых сталей (выше 20 %) (рисунок 1).

5) Из-за низкого модуля упругости элементы из алюминиевых сплавов являются менее устойчивыми к сжимающим нагрузкам, чем стальные.

6) Конструкции из алюминиевых сплавов более чувствительны к изменениям температуры, чем стальные, так как коэффициент термического расширения алюминия приблизительно в два раза выше, чем у сталей.

7) Остаточные напряжения, которые возникают в результате термических деформаций на 30 % ниже, чем в стальных конструкциях. Это связано с тем, что эти остаточные напряжения пропорциональны произведению коэффициента термического расширения и модуля упругости (α · Е).

9) Малый вес алюминиевых сплавов дает преимущества в снижении веса конструкций по сравнению со сталью. Степень этого преимущества частично снижается из-за необходимости компенсации более низкого модуля упругости алюминия.

10) Сам по себе алюминий не склонен к хрупкому разрушению, однако для алюминиевых конструкций в целом этой проблеме нужно уделять особое внимание.

11) Процесс экструзии алюминия дает возможность изготавливать профили с поперечным сечением, которое обеспечивает им максимальную жесткость и функциональность (рисунок 2).

12) Для крепления алюминиевых элементов применяют болтовые и заклепочные соединения, а также сварку.

Рисунок 1 — Сравнение типичных кривых растяжения алюминиевых сплавов и малоуглеродистых сталей [1].

Рисунок 2 — Типичные прессованные алюминиевые профили [1]

Разновидности алюминиевой кабельно-проводниковой продукции

Все современные изделия, предназначенные для передачи электроэнергии на расстояние, независимо от применяемых металлов и их сплавов, имеют три разновидности. Человек неискушённый обычно думает, что провода, кабели и шнуры – это одно и тоже. Их можно считать синонимами, но есть определённые отличия.

Провода. Представляют собой конструкцию из одной и более алюминиевых жил, покрытых изоляцией. Все изолированные проводники покрыты наружной оболочкой. Эта оболочка может быть разной, в зависимости от предназначения, условий эксплуатации и прокладки. Широко распространены голые, без изоляции, провода. Их можно повсеместно наблюдать на линиях электропередач. Кабели. Отличаются от проводов тем, что жилы заключены в герметичную оболочку, которая может быть изготовлена из резины, свинца, пластмассы или любого другого материала. Поверх герметизированной, в бронированных кабелях может располагаться слой брони. Её образует стальная лента или проволока. Шнур – простая конструкция из двух или трёх жил сечением до 1,5 мм2, покрытых защитным слоем, выполняющим также изолирующую функцию. В шнурах могут применяться только многожильные токопроводящие жилы. Предназначаются для подключения бытовых приборов к сети – например, пылесоса или телевизора. Алюминий редко применяется для производства этих изделий.

Как маркируются силовые провода и кабели

Марка кабеля может многое сказать об особенностях изделия, а также о тех материалах, которые используются в его производстве. Как правило, маркировка состоит из букв, сочетающихся с цифрами.

Если первая буква маркировки «А» – значит, жилы изготовлены из алюминия. Отсутствие такой буквы означает, что материал жил – медь. Второй буквой обозначают провод (П). Если есть буквенное сочетание «ПП» – значит, провод плоский. Это касается 2 и 3-жильных конструкций. К этой аббревиатуре могут быть добавлены буквы «М» (монтажный) или «МГ» (монтажный с гибкой жилой). Следующая буква означает материал, из которого изготовлена изоляция жил. Если следует «В» или «ВР» – это поливинилхлорид (ПВХ). Просто «П» – полиэтилен, «Р» – резина, «Н» или «НР» – резина, которая не горит, «К» — капрон, «Л» – лакированный слой. Если изоляция изготовлена из резины, её могут защищать оболочки из ПВХ (В) или негорючей резины – найрита (Н). Эти буквы располагаются после обозначения изоляции. Четвёртой буквой может быть «Г» – гибкий провод без защитного слоя, «Б» – бронированный лентами, «О» – это означает, что в оплётке.

Далее следуют цифры. Первая информирует о количестве жил, вторая – об их сечении. После обозначено напряжение сети, на которое рассчитан кабель. Например, обозначение «АВВГ 4х16-380» – алюминиевый кабель, изолируемый ПВХ. Вторая буква «В» — оболочка также из ПВХ. Последняя буква означает, что кабель не защищён. Имеет 4 жилы сечением 16 мм2, рассчитан на 380 В.

Достоинства и недостатки стальных и алюминиевых конструкций.

Основные материалы, применяемые в строительстве,— сталь обыкновенного качества и алюминиевые сплавы.

Сталь: В зависимости от механических свойств конструкционные стали подразделяются на стали обычной прочности (обыкновенного качества), высокой прочности и повышенной прочности. К наиболее употребительным конструкционным сталям обыкновенного качества относятся углеродистые стали ВСтЗспб, ВСтЗГпсб, ВСтЗпсб и ВСтЗкп2; низколегированные маргандовистые стали 09Г2 и 14Г2;

Недостатками стальных конструкций являются их подверженность коррозии и сравнительно малая огнестойкость. Сталь, не защищенная от контакта с влагой, в сочетании с агрессивными газами, солями, пылью подвергается коррозии. При высоких температурах (для стали - 600°С, для алюминиевых сплавов - 300°С) металлоконструкции теряют свою несущую способность. Основными достоинствами стальных конструкций по сравнению с конструкциями из других материалов являются надежность, легкость, непроницаемость, индустриальность, а также простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции.

Надежность стальных конструкций обеспечивается близким соответствием характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом или упругопластическом изотропном материале, для которого строго сформулированы и обоснованы основные положения сопротивления материалов, теории упругости и строительной механики. Сталь имеет однородную мелкозернистую структуру с одинаковыми свойствами по всем направлениям, напряжения связаны с деформациями линейной зависимостью в большом диапазоне, а при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести. Все это соответствует гипотезам и допущениям, взятым за основу при разработке теоретических предпосылок расчета, поэтому расчет, построенный на таких предпосылках, в полной мере соответствует действительной работе стальных конструкций.

Непроницаемость. Металлы обладают не только большой прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность стали и ее соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов.

Индустриальность. Стальные конструкции изготовляют на заводах, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.

Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды и во многих других отраслях промышленности. По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна. Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости. При накаливании мелко раздробленного алюминия он энергично сгорает на воздухе.

Алюминий получают из минерального боксита, месторождения которого практически неисчерпаемы. Он является экологически чистым материалом, не содержит примесей тяжелых металлов, не выделяет вредных веществ под воздействием ультрафиолетовых лучей, и сохраняет работоспособность в любых климатических условиях при перепадах температур от -80°С и до +100°С.

Алюминий - легкий, прочный и некоррозирующий материал, обладающий высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды, и в течение всего срока эксплуатации практически не требующий ремонта. Долговечность алюминиевых конструкций составляет свыше 80 лет (минимальный расчетный срок службы). Алюминий лучше, чем любой другой материал, сохраняет свои структурные свойства при перепадах температур. После обработки поверхности алюминиевых изделий, они становятся устойчивыми к коррозии, вызываемой дождями, снегом, жарой и смогом.

Одним из недостатков алюминия является то, что непосредственный или косвенный контакт алюминия с другими металлами, например, при попадании дождевой воды, может вызвать протекание электролитических реакций, что приводит к сильной электрокоррозии алюминия, вплоть до его разрушения. Особенно опасно сочетание алюминия и меди, из-за чего необходимо избегать их совместного использования.

Алюминий в строительстве и архитектуре

В настоящее время алюминий все более утверждается как важный фактор в строительной промышленности всего мира. Ниже представлен обзор свойств алюминиевых сплавов, которые делают его конкурентным строительным материалом, в том числе, по сравнению с более привычной для большинства строителей сталью.

8) Сопротивление коррозии многих алюминиевых сплавов дает возможность применять их без дополнительной защиты от коррозии даже в агрессивных средах. Смотрите подробнее Коррозия строительного алюминия

Конкурентные преимущества алюминия

Основными конкурентными преимуществами алюминия по сравнению с другими строительными материалам, в первую очередь, со сталью, являются:

Высокая коррозионная стойкость;

Малый вес

Малый вес алюминиевых профилей дает возможность:

упростить этап возведения конструкции;

транспортировать на строительную площадку конструкции заводской сборки;

снизить нагрузки на фундаменты;

снизить расход энергии при возведении здания и его техническом обслуживании;

снизить долю физического труда.

Коррозионная стойкость

Повышенная коррозионная стойкость алюминиевых конструкций дает возможность:

снизить расходы на техническое обслуживание;

обеспечивать нормальную эксплуатацию строительной конструкции в коррозионных средах.

Функциональность

Повышенная функциональность строительных элементов из алюминиевых профилей дает возможность:

улучшать геометрические свойства поперечного сечения строительных элементов путем проектирования формы, которая одновременно дает минимальный вес и самую высокую конструкционную эффективность;

получать профили, которые являются стойкими к потере устойчивости при сжатии, без применения встроенных элементов, а также без сварки и болтовых соединений;

упрощать систему соединений между различными компонентами конструкции;

комбинировать различные функции компонентов конструкции и за счет этого достигать более экономичные и простые профили.

Конкурентные ниши для строительного алюминия

Таким образом, применение алюминия в качестве строительного материала может достигаться в тех конкурентных нишах, где может проявляеться хотя бы один из главных его преимуществ:

коррозионная стойкость и

В области гражданского строительства таким конкурентными нишами для алюминия являются:

Сложные крыши с длинными пролетами, в которых динамические нагрузки являются малыми по сравнению со статическими нагрузками. К таким конструкциям относятся сетчатые пространственные конструкции и геодезические купола, накрывающие большие площади, например, над концертными залами и стадионами (рисунок 3);

Конструкции, которые расположены в труднодоступных районах, а также далеко от места их изготовления, и для которых стоимость доставки и легкость возведения являются очень важными. Это относится, например, к электрическим опорам, которые могут переноситься к месту установки вертолетом (рисунок 4);

Конструкции, которые расположены в коррозионных или влажных средах, такие как крыши плавательных бассейнов, речные мосты, гидравлические сооружения и верхние конструкции на нефтяных платформах в открытом море (рисунок 5);

Конструкции, включающие подвижные части, такие как мостовые краны водоочистных станций и подъемные мосты (рисунок 6), когда малый вес означает экономию энергии при их эксплуатации;

Специальные конструкции, для которых операции технического обслуживания являются особенно трудными и должны сводиться к минимуму. Это относится к мачтам, осветительным и антенным башням (рисунок 7), порталам с дорожными знаками (рисунок 8).

Рисунок 3 — Алюминиевая крышная система Межамериканского выставочного центра Сан-Паоло в Бразилии [1]

Рисунок 4 — Транспортирование вертолетом алюминиевой электрической опоры [1]

Рисунок 5 — Алюминиевые надводные конструкции нефтяных платформ [1]

Рисунок 6 — Алюминиевый мобильный пешеходный мост [1]

Рисунок 7 — Алюминиевая башня для параболических антенн [1]

Рисунок 8 — Алюминиевая конструкция для дорожных знаков и сигналов на железнодорожном переезде [2]

Алюминий в современных зданиях

Многие современные здания — офисные башни, концертные залы, торговые центры, музеи, терминалы аэропортов, вокзалы, футбольные стадионы и просто жилые здания — обязаны своей привлекательной формой алюминию. Именно алюминиевые профили и панели дают архитекторам неограниченные возможности для творчества и создания самых невероятных форм.

Однако алюминий в зданиях — это не только фасады, светопрозрачные или облицовочные вентилируемые. Во многих зданиях немалое количество строительных элементов наружной оболочки также изготавливают из алюминиевых сплавов (рисунок 9):

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:

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

Оксид алюминия производится из глинозема с применением электролиза. На этом этапе его получения необходимо добиваться максимально чистого соединения, так как избавиться от посторонних примесей довольно сложно.

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.

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.

Рекомендуем статьи по металлообработке

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.

Благодаря таким преимуществам алюминиевых изделий не остается сомнений, что этот металл будут еще шире применять в строительстве. Это объясняется и постоянным стремлением к снижению расходов на эксплуатацию зданий и техническое обслуживание, повышению их функциональности и сохранению красивого внешнего вида.

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.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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.

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.

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.

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.

Кроме этого, из таких сплавов можно изготавливать рамы и несущие балки для тяжелого грузового автотранспорта.

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.

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.

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.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сравнение эффективности строительных стальных и алюминиевых сплавов при различных условиях эксплуатации

Рассмотрены различные характеристики алюминиевых сплавов и сплавов из стали. Определены области эффективного применения данных сплавов в строительстве. Приведенные данные свидетельствуют о рациональности применения алюминиевых сплавов в строительной отрасли.

Ключевые слова

ЭФФЕКТИВНОСТЬ, МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Текст научной работы

В России применение металлических конструкций в строительстве в качестве несущих и самонесущих конструкций имеет довольно широкое распространение.

В первую очередь это конструкции, выполненные из прокатных и сварных профилей различных марок конструкционных углеродистых сталей, появление которых в нашей стране можно отнести к 40-м годам XIX века.

Первые же конструкции из алюминиевых сплавов, не смотря на дороговизну, были применены в начале XX века. Решающее значение применению данных сплавов в строительных конструкциях дали исследования профессора В. И. Трофимова, проводимые с 1957 года. Именно с середины 60-х годов XX века в СССР появилась проблема эффективности применения стальных и алюминиевых сплавов [1].

Металлоконструкции из алюминиевых сплавов имеют как преимущества, так и недостатки. Для дальнейшего сравнения приняты характеристики алюминиевого термически упрочняемого сплава АД31Т1 и стали конструкционной углеродистой Ст3сп, как наиболее распространенные в строительной отрасли, сравнительная таблица приведена в приложении 1.

Главным преимуществом алюминиевых сплавов можно назвать малый собственный вес (в 2,9 раз меньше чем у стали), относительно прочностных характеристик (отличающихся примерно в 2 раза). Для характеристики прочности строительных материалов с учетом собственного веса принято отношение предела прочности R к удельному весу γ [2]. Это отношение измеряется высотой столба постоянного сечения (C), в основании которого напряжения от собственного веса равны пределу прочности при сжатии:

Хотя алюминиевые сплавы по сравнению со сталью имеют высоту столба постоянного сечения в 1,5 раза большую, чем у сталей, для эквивалентного сравнения эксплуатационных качеств необходимо учитывать увеличенный расход материала для алюминиевых конструкций, чтобы обеспечить местную и общую устойчивость сжатых стержней. Изгибаемые элементы должны удовлетворять, в том числе и условиям жесткости, что требует высоких показателей по модулю упругости E материалов. Данная характеристика у стали в 3 раза выше, в сравнении с алюминиевыми сплавами.

Вышеприведенные показатели означают, что стальные конструкции эффективнее алюминиевых, кроме случаев, когда собственная масса конструкции составляет большую часть нагрузки.

Важным фактором, влияющим на несущую способность конструкций при динамическом воздействии на них, можно назвать логарифмический декремент затухания колебаний. Данный параметр у алюминиевых сплавов в 2,5 раза выше, чем у сталей, что позволяет рационально использовать его в конструкциях подверженных сейсмическим воздействиям.

Алюминиевые сплавы также имеют высокую стойкость против коррозии, за счет образования тонкой пленки окисла алюминия, в отличие от стали. Это свойство алюминиевых сплавов позволяет не только применять их в условиях воздействия химически агрессивных сред без устройства специального защитного покрытия, но и широко применять замкнутые в сечении профили. Применение же конструкций из стали замкнутого сечения довольно ограниченно в связи с тем, что необходимо обеспечивать герметизацию самой конструкции [3].

На работу конструкций в условиях низких отрицательных температур оказывает свойство материалов изменяться в объеме в связи с изменением температуры. Коэффициент линейного температурного расширения стали в 2 раза меньше алюминиевых сплавов, что позволяет выполнять из стальных конструкций более крупные температурные блоки. Однако, у стали в условиях низких и крайне низких температур значительно быстрее по отношению к алюминиевым сплавам снижается пластичность, предел прочности и ударная вязкость, что затрудняет эксплуатацию стальных конструкций и элементов при температурах ниже -40°C.

В последнее время все больше уделяется внимания пожарной безопасности [4]. Несмотря на высокую температуру плавления стали, превышающую аналогичный показатель у сплавов из алюминия на 800°, опыт обследования и испытания конструкций показал лучшую способность алюминиевых конструкций сохранять несущую способность и целостность конструкции [5]. Данные факты объясняются удельной теплоемкостью данных материалов, отличающихся в 2 раза.

Твердость алюминиевых сплавов в 1,6 раз меньше, чем стали, что значительно упрощает обработку материала, а также, учитывая малую массу, позволяет снизить энергоемкость на стадии изготовления, транспортировки и монтажа конструкций.

Вывод: несмотря на то, что стоимость алюминиевых сплавов за единицу массы в 5-8 раз превышает стоимость сплавов из стали, сплавы из алюминия являются конкурентоспособными, при использовании в несущих и самонесущих конструкциях зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях крайнего севера, в условиях сейсмической активности или при воздействии других динамических нагрузок, с высокими требованиями к коррозионной защите, огнестойкости, огнеупорности или долговечности, а также для конструкций с большими пролетами.

Читайте также: