Властивості алюмінію та його сплавів
Реферати

Властивості алюмінію та його сплавів


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Твір курсу STONCH на тему

«Властивості алюмінію
та його сплави

Виконав: студент групи Кф-97-1

Чорний Андрій

Григорійович

Перевірила Андрєєва Алла

Яківна

Дата:

Оцінка:

ДНІПРОПЕТРОВСЬК 1997

План.

1. Фізичні властивості чистого алюмінію.

2. Історія виробництва алюмінію.

3. Класифікація алюмінію за ступенем чистоти і

його механічні властивості.

4. Основні легуючі елементи в алюмінієвих сплавах і

їх функції.

5. Стійкість алюмінію та його сплавів проти окислення і

пов’язані застосування сплавів.

6. Деформація та лиття алюмінієвих сплавів.

7. Алюмінієва пудра та її застосування.

8. Алюміній – матеріал майбутнього.

алюміній(лат. Aluminium, від alumen — галун) — хімічний елемент III гр. періодична система, атомний номер 13, атомна маса 26,98154. Метал сріблясто-білий, легкий, пластичний, високоелектропровідний, тпл = 660 С. Хімічно активний (покритий на повітрі захисною оксидною плівкою). За поширеністю в природі займає 4 місце серед елементів і 1 місце серед металів (8,8 % маси земної кори). Відомо кілька сотень алюмінієвих мінералів (алюмосилікати, боксити, алуніти та ін.). Отримують електролізом глинозему Al2ПРО3 в кріоліті розплав Na3AlF6 при 950 С. Алюміній має гранецентровану кубичну решітку, стійку при температурах від -269 С до температури плавлення (660 С). Алюміній не має алотропних змін, елементарна комірка складається з 4 атомів, діаметр атома 2,8610-10 м. Теоретична щільність алюмінію дорівнює
2698,72 кг/м
3. Експериментальні значення для полікристалічного матеріалу коливаються від 2696,6 до 2698,8 кг/м3. Коефіцієнт теплового розширення при кімнатній температурі 2310-6ДО-один. Теплопровідність становить при 24С 2,37 Втсм-одинК-один. Електричний опір алюмінію високої чистоти (99,99%)
при 20С становить 2,654810
-8 Омм, або 65% електричного опору міжнародного стандарту з відпаленої міді. Відбивна здатність полірованої поверхні становить понад 90%.

Алюміній з чистотою понад 99,99% вперше був отриманий електролізом у 1920 р. У 1925 р. Едвардс опублікував деяку інформацію про фізико-механічні властивості такого алюмінію. У 1938 році Тейлор, Віллі, Сміт і Едвардс опублікували статтю, в якій наведено деякі властивості алюмінію чистоти 99,996%, також отриманого у Франції шляхом електролізу. Перше видання монографії про властивості алюмінію було опубліковано в 1967 році.

У наступні роки через відносну простоту приготування і привабливі властивості було опубліковано багато робіт про властивості алюмінію. Чистий алюміній знайшов широке застосування в основному в електроніці — від електролітичних конденсаторів до вершини електронної техніки — мікропроцесорів; в кріоелектроніці, кріомагнетиці.

Новішими методами отримання чистого алюмінію є метод зонного очищення, кристалізація з амальгам (сплавів алюмінію з ртуттю) і виділення з лужних розчинів. Ступінь чистоти алюмінію контролюється величиною електричного опору при низьких температурах.

В даний час використовується така класифікація алюмінію за ступенем чистоти:

Позначення

Вміст алюмінію за масою, %

Алюміній промислового класу

99,5 — 99,79

Алюміній високої чистоти

99,80 — 99,949

Ультрачистий алюміній

99,950 — 99,9959

Алюміній високої чистоти

99,9960 — 99,9990

Ультрачистий алюміній

понад 99,9990

Механічні властивості алюмінію при кімнатній температурі:

Чистота, %

Границя плинності
0.2,МПа

Межа сили,

в, МПа

Відносне подовження ,% (на основі 50 мм)

99,99

10

45

п’ятдесят

99.8

двадцять

60

45

99.6

тридцять

70

43

Більшість металевих елементів легують алюмінієм, але лише деякі з них відіграють роль основних легуючих компонентів у промислових алюмінієвих сплавах. Тим не менш, значна кількість елементів використовується як добавки для поліпшення властивостей сплавів. Найбільш широко використовуються:

Берилій додається для зменшення окислення при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0,01 — 0,05%) використовуються в алюмінієвих ливарних сплавах для підвищення плинності у виробництві деталей двигуна внутрішнього згоряння (поршнів і головок циліндрів).

Бор вводять для підвищення електропровідності та як рафінуючу добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, що використовуються в атомній енергетиці (крім деталей реакторів), оскільки він поглинає нейтрони, запобігаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0,095 — 0,1%.

Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, свинець, олово, кадмій, додають до алюмінієвих сплавів для поліпшення оброблюваності. Ці елементи утворюють м’які легкоплавкі фази, які сприяють руйнуванню стружки та змащуванню різця.

До сплавів, з яких надалі виготовляють жертовні аноди, додають галій у кількості 0,01 — 0,1%.

Залізо. У невеликих кількостях (0,04%) його вводять при виробництві дроту для підвищення міцності та поліпшення характеристик повзучості. Залізо також зменшує прилипання до стінок форм під час лиття в холодильну форму.

Індій. Додавання 0,05 — 0,2% зміцнює алюмінієві сплави під час старіння, особливо при низькому вмісті міді. Індієві добавки використовуються в алюмінієво-кадмієвих сплавах.

Для підвищення міцності та покращення корозійних властивостей сплавів додається приблизно 0,3% кадмію.

Кальцій надає пластичність. При вмісті кальцію 5% сплав має ефект надпластичності.

Силіцій є найбільш використовуваною добавкою в ливарних сплавах. У кількості 0,5 — 4% зменшує схильність до розтріскування. Поєднання кремнію та магнію дає можливість термозварювання сплаву.

магній. Додавання магнію значно підвищує міцність без зниження пластичності, покращує зварюваність і підвищує корозійну стійкість сплаву.

Мідь зміцнює сплави, максимальне зміцнення досягається при вмісті міді 4 — 6%. Сплави з міддю використовуються у виробництві поршнів двигунів внутрішнього згоряння, якісних литих деталей для літаків.

Олово покращує обробку.

Титан. Основним завданням титану в з’єднаннях є подрібнення зерна у виливках і злитках, що значно підвищує міцність і рівномірність властивостей по всьому об’єму.

Хоча алюміній вважається одним з найменш благородних промислових металів, він досить стабільний у багатьох окислювальних середовищах. Причиною такої поведінки є наявність суцільної оксидної плівки на поверхні алюмінію, яка відразу ж знову утворюється на очищених ділянках під впливом кисню, води та інших окислювачів.

Більшість алюмінієвих сплавів мають високу корозійну стійкість у природній атмосфері, морській воді, розчинах багатьох солей і хімічних речовин, а також у більшості харчових продуктів. Остання властивість у поєднанні з тим, що алюміній не руйнує вітаміни, дозволяє широко використовувати його у виготовленні страв. Конструкції з алюмінієвих сплавів часто використовуються в морській воді. З алюмінієвих сплавів з 1930 р. будують морські буї, рятувальні шлюпки, кораблі, баржі. В даний час довжина корпусів кораблів із алюмінієвих сплавів досягає 61 м. Є досвід роботи з алюмінієвими підземними трубопроводами, алюмінієві сплави мають високу стійкість до корозії ґрунту. У 1951 році на Алясці був побудований трубопровід довжиною 2,9 км. Після 30 років експлуатації не виявлено витоків або серйозних пошкоджень через корозію.

Алюміній у великих обсягах використовується в будівництві у вигляді облицювальних панелей, дверей, віконних рам, електричних кабелів. Алюмінієві сплави тривалий час не піддаються сильній корозії при контакті з бетоном, розчином, штукатуркою, особливо якщо конструкції не часто мокнуть. При частому змочуванні, якщо поверхня алюмінієвих виробів не була додатково оброблена, вона може потемніти, аж до почорніння в промислових містах при підвищеному вмісті окислювачів у повітрі. Щоб уникнути цього, виготовляють спеціальні сплави для отримання блискучих поверхонь шляхом блискучого анодування – нанесення оксидної плівки на поверхню металу. У цьому випадку поверхні можна надати різноманітність кольорів і відтінків. Наприклад, сплави алюмінію з кремнієм дозволяють отримати діапазон відтінків від сірого до чорного. Алюмінієві сплави з хромом мають золотистий колір.

Промисловий алюміній випускають у вигляді двох видів сплавів — ливарних, деталі яких виготовляються литтям, і деформаційних — сплавів, що виробляються у вигляді деформованих напівфабрикатів — листів, фольги, плит, профілів, дроту. Відливки з алюмінієвих сплавів отримують усіма можливими способами лиття. Найбільш поширене лиття під тиском, в кокіль і в піщано-глиняні форми. При виготовленні невеликих партій застосовують лиття в гіпсові комбіновані форми і лиття під вилив. Виготовлений з литих сплавів

литі ротори електродвигунів, литі деталі літаків тощо. Ковані сплави використовуються в автомобільному виробництві для обробки салону, бамперів, панелей кузова та деталей салону; в будівництві як обробний матеріал; в літаках тощо.

Алюмінієві порошки також використовуються в промисловості. Застосовуються в металургійній промисловості: в алюмотермії, як легуючі добавки, для виготовлення напівфабрикатів методом пресування і спікання. Таким способом виходять дуже міцні деталі (шестерні, втулки тощо). Порошки також використовуються в хімії для отримання сполук алюмінію і як каталізатор (наприклад, у виробництві етилену і ацетону). Враховуючи високу реакційну здатність алюмінію, особливо у вигляді порошку, його використовують у вибухових речовинах і твердому паливі для ракет, використовуючи його здатність швидко займатися.

Враховуючи високу стійкість алюмінію до окислення, порошок використовується як пігмент в покриттях для фарбувального обладнання, дахів, паперу в поліграфії, блискучих поверхонь автомобільних панелей. Також сталеві та чавунні вироби покривають шаром алюмінію для запобігання їх корозії.

Вже зараз важко знайти галузь, де не використовується алюміній або його сплави — від мікроелектроніки до важкої металургії. Це пояснюється хорошими механічними властивостями, легкістю, низькою температурою плавлення, що полегшує обробку, високими зовнішніми якостями, особливо після спеціальної обробки. Враховуючи перераховані та багато інших фізико-хімічних властивостей алюмінію, його невичерпну кількість у земній корі, можна сказати, що алюміній є одним з найбільш перспективних матеріалів майбутнього.

Список використаної літератури.

1. Алюмінієві сплави. Використання алюмінієвих сплавів. Довідковий посібник. Редакція І. В. Горинін та ін. Москва «Металургія», 1978.

2. Алюміній. Властивості та фізична металургія. Довідник. JE Hatch. М., Металургія, 1989.

3. Алюміній. Н.Г.Ключников, А.Ф.Колодцев. Учпедгіз, 1958.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *