ivi.ru [CPS]

главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

Свойства алюминия

 Алюминий - серебристо-белый легкий металл. Расположен в III группе Периодической системы элементов Д.И.Менделеева под номером 13; атомная масса алюминия - 26,98. Конфигурация внешней электронной оболочки 3s2Зр; атомный радиус - 0,143 мм, ионный радиус Аl3+ (в скобках указаны координационные числа) 0,053 нм (4); 0,062 нм (5); 0,067 нм (6); сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Поллингу - 1,5; поперечное сечение захвата тепловых нейтронов - 215*10-25 м2. Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку с параметрами: а =0,40403 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m. В природе существует один стабильный изотоп 27Аl.

Отличительные особенности алюминия - высокая электропроводимость, теплопроводность, коррозионная стойкость, малая плотность и отличная обрабатываемость давлением в холодном состоянии.

 Физические свойства алюминия

Плотность (99,996% Аl), г/см3, при температуре:

20°С............................................................................................................................... 2,6989

1000°С............................................................................................................................. 2,289

Температура, °С:

плавления........................................................................................................................... 660

кипения.......................................................................................................................... ~ 2452

Теплота, кДж/моль:

плавления....................................................................................................................... 10,55

испарения....................................................................................................................... 291,4

Давление пара, Па, при температуре:

660°С............................................................................................................................... 0,266

1123°С............................................................................................................................... 13,3

1279°С............................................................................................................................... 133

Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К), при температуре:

20°С . :........................................................................................................................... 929,46

100°С............................................................................................................................. 931,98

 

Коэффициент линейного расширения при температуре 20-100 °С, К ................ 24,58*10-6

 

Теплопроводность, Вт/( м*К), при температуре:

20°С.................................................................................................................................... 217

190°С................................................................................................................................... 343

Электропроводность по отношению к меди при температуре 20 °С, % ........................................65,5

Удельное электросопротивление, мк*Ом*м.............................................................................. 0,0265

Температурный коэффициент электросопротивления................................................................. 0,042

Динамическая вязкость (99,85% Аl), Н*с/м2, при температуре:

800°С.................................................................................................................................... 2* 10-3

1123°С ................................................................................................................................. 1,5*10-3

1279°С.................................................................................................................................. 1,3*10-3

 

Модуль нормальной упругости Е, МПа, при температуре:

-180°С................................................................................................................................... 7.8*104

20°С...................................................................................................................................... 7,1*104

100 °С................................................................................................................................... 7,0*104

200 °С................................................................................................................................... 6,6*104

300 °С................................................................................................................................... 6,1*104

400 °С................................................................................................................................... 5,6*104

500 °С................................................................................................................................... 5,0*104

600 °С................................................................................................................................... 4,4*104

 

Модуль сдвига при температуре 20 °С, МПа............................................................................... 2,7* 104

Магнитная характеристика алюминия.................................................. Слабо парамагнитен

 

Механические свойства алюминия

 

Временное сопротивление разрыву σв, МПа:

в отожженном состоянии................................................................................................. 50

в деформированном (холоднокатаном) состоянии.............................................................. 115

 

Предел текучести σ0,2, МПа:

в отожженном состоянии............................................................................................ 50-80

в деформированном состоянии................................................................................... 120

 

Предел усталости (500*10 6 циклов) σ-1, МПа:

в отожженном состоянии.............................................................................................. 40

в деформированном состоянии..................................................................................... 50

 

Предел ползучести, МПа, при температуре:

15 °С............................................................................................................................ 50

100 °С........................................................................................................................... 27

200 °С............................................................................................................................ 7

 

Предел прочности при срезе σср, МПа:

в отожженном состоянии.................................................................................................. 60

в деформированном состоянии........................................................................................ 100

 

Относительное удлинение δ, %:

в отожженном состоянии............................................................................................... 30-40

в деформированном состоянии....................................................................................... 5-10

 

Относительное сужение Ψ, %:

в отожженном состоянии............................................................................................ 70-90

в деформированном состоянии.................................................................................... 50-60

 

Ударная вязкость при температуре 20 °С, МПа................................................................ 140

 

Твердость по Бринеллю, НВ:

в литом состоянии............................................................................................................. 20

в отожженном состоянии.................................................................................................. 25

в деформированном состоянии....................................................................................... 30-35

При охлаждении алюминия до температуры ниже 120 К его прочностные свойства в отличии от большинства металов возрастают, а пластичность не изменяется (табл. 1).

Табл. 1. Механические свойства алюминия различной чистоты

 

 

Состояние

 

 

Содержание Al, %

 

Предел прочности при растяжении, МПа

 

Предел текучести при растяжении, МПа

 

 

Относительное удлинение, %

 

Твердость по Бринеллю. НВ

 

Литой в землю

99,9

50

-

45

13-15

Литой в землю

99,5

75

-

29

20

Литой в землю

99,0

85

-

20

25

Литой в кокиль

99,0

90

-

25

25

Деформированным и отожженный

99,0

90

30

30

25

Деформированный

99,0

140

100

12

32

Литой в землю

98,0

90

35

12,5

28

 

Технологические свойства алюминия

Температура, °С:

литья............................................................................................................................. 690-710

горячей обработки.................................................................................................... 350-450

отжига........................................................................................................................... 370-400

отпуска................................................................................................................................. 150

Линейная усадка, %............................................ ……………………….….                         2,7

Допускаемая деформация (холодная и горячая), % ……………...…                    75-90

Начало рекристаллизации, °С................. ……………………………..…                         150

Жидкотекучесть, мм........................................... …………………………                          317         

Коррозионные свойства алюминия

 Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях как сельской местности, так и городских промышленных районов.

Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия и его сплавов. Алюми­ний практически не корродирует в дистиллированной и чистой пресной (естественной) воде даже при высоких температурах (до 180 °С). Действие пара на алюминий и его сплавы также незначи­тельно.

Вода, содержащая примеси щелочей, резко повышает скорость коррозии алюминия. При ком­натной температуре скорость коррозии алюминия в аэрированной воде содержащей 0,1% едкого натрия - 16 мм/год; 0,1% соляной кислоты - 1 мм/год и 1% соды - 4 мм/год.

Алюминий и его сплавы, не содержащие меди, достаточно стойки в естественной (не загряз­ненной) морской воде. Сернокислые соли магния, натрия, алюминия, а также гипосульфит прак­тически не действуют на технический алюминий. Скорость коррозии алюминия возрастает в при­сутствии в воде солей ртути, меди или ионов хлора, разрушающих защитную оксидную пленку на алюминии.

В концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре алюминий и его сплавы устойчивы, но быстро разрушаются в разбавленных кислотах.

Слабые растворы серной кислоты, концентрацией до 10%, при комнатной температуре незна­чительно влияют на технический алюминий, но с повышением концентрации и температуры ско­рость коррозии резко возрастает. В концентрированной серной кислоте алюминий практически устойчив.

Соляная кислота быстро разрушает алюминий и его сплавы, особенно с повышением темпера­туры. Такое жe действие на алюминий оказывают растворы плавиковой и бромистоводородной кислот. Слабые растворы фосфорной (менее 1%), хромовой (до 10%) и борной (при всех концен­трациях) кислот на алюминий и его сплавы действуют незначительно.

Органические кислоты - уксусная, масляная, лимонная, винная, а также кислые (незагрязнен­ные) фруктовые соки, вино оказывают слабое действие на алюминий и его сплавы, за исключени­ем щавелевой и муравьиной кислот.

Алюминий и его сплавы быстро разрушаются в растворах едких щелочей, однако в растворах , аммиака они довольно стойки, особенно сплавы, содержащие магний. Амины на них действуют также незначительно.

Следует отметить, что алюминий и однофазные сплавы на алюминиевой основе более стойки в коррозионном отношении, чем сплавы двухфазные и многофазные.

 Влияние примесей на свойства алюминия

  На коррозионные, физические, механические и технологические свойства алюминия оказывают значительное влияние примеси различных элементов. Так, например, большинство примесей снижают электропроводность алюминия (рис. 1).

 

Основные примеси в алюминии - железо и кремний. Железо снижает коррозионную стойкость, электропроводность и пластичность алюминия, но несколько повышает его прочность. Диаграмма состояния системы Al-Fe, приведенная на рис. 2, показывает, что железо незначительно раство­ряется в алюминии в твердом состоянии. При температуре эвтектики (655°С) растворимость железа достигает 0,052% и с понижением температуры граница твердого раствора α резко сдвигается в сторону алюминия.

Железо в алюминии присутствует в виде самостоятельной фазы A3Fe. Железо - вредная примесь не только в алюминии, но и в сплавах алюминия с кремнием и магнием. Однако в жаропрочных алюминиевых сплавах железо (в сочетании с никелtм) является полезной примесью.

Обычная примесь в алюминии - кремний. В сплавах на алюминиевой основе кремний наряду с медью, магнием, цинком, а также марганцем, никелем и хромом вводится в качестве основного компонента. Образующиеся при этом соединения CAl2, Mg2Si, CuMgAl2 и др. являются эффективными упрочнителями алюминиевых сплавов.

Из диаграммы состояния алюминий-кремний (рис. 3) видно, что при температуре эвтектики 577°С в алюминии растворяется до 1,65% кремния. С понижением температуры область твердого раствора а резко уменьшается. 

Примеси кальция и других элементов, присутствующих в стандартных марках алюминия в незначительном количестве, не имеют практического значения. Небольшие добавки церия, натрия и титана оказывают существенное влияние на структуру и свойства определенных алюминиевых сплавов.

Водород хорошо растворяется в алюминии и оказывает отрицательное влияние на его свойства, вызывая при литье пористость. Азот при высоких температурах вступает в реакцию с алюминием с образованием тугоплавкого соединения.