Новосибирский государственный технический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Реферат

по дисциплине

Физические основы материаловедения

Тема: Алюминий и его сплавы. Электротехническое, конструкционное и специальное применение этих материалов в инженерной практике.

 

 

Факультет: ФТФ

Группа: ФЛ-51

Выполнила студентка: Ковальчук Ю.М

Проверил: Говорухин В.И

 

Новосибирск, 2016

План реферата:

1.Общие сведения об алюминии.

2.Физические свойства.

3.Сплавы алюминия.

4.Классификация сплавов.

5.Маркировка по ГОСТ.

6.Термическая обработка.

7.Применение алюминия и его сплавов.

8.Вывод.

 

1. Общие сведения об алюминии.

Алюминий – химический элемент 13 группы периодической таблицы Менделеева. Находится в третьем периоде, атомный номер – 13. Обозначается как Al (от латинского Aluminium). Относится к группе легких металлов, а также третий по распространенности химический элемент.

Алюминий – легкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета. Хорошо поддается литью, формовке, механической обработке. Этот металл обладает высокой тепло- и электропроводностью. Одна из отличительных черт алюминия: стойкость к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок.

Алюминий впервые был получен датчанином Гансом Эрстедом в 1825 году под действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от латинского «alumen» — квасцы. Алюминий образует сплавы почти со всеми известными металлами. В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

•алюминий особой чистоты марки А999 (0,001 % примесей);

•алюминий высокой чистоты – А935, А99, А97, А95 (0,005…0,5 % примесей);

•технический алюминий – А35, А3, А7, А5, А0 (0,15…0,5 % примесей). Алюминий высокой чистоты, применяемый для лабораторных целей, одержит 99,99 % А1, для технических целей - 99,50 % А1. Алюминий хорошо деформируется и сваривается, но плохо обрабатывается резанием. Из него прокаткой можно получать тонкую фольгу, применяемую в качестве оберточного материала. Наиболее распространенные: сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием. К природным соединениям алюминия относятся:

· Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)

· Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3

· Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O

· Нефелины — KNa3[AlSiO4]4

· Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3

· Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

· Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.

· Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]

· Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2

Алюминий обладает прочной оксидной плёнкой, благодаря которой не взаимодействует с классическими окислителями. Следовательно, алюминий практически не подвержен коррозии, и поэтому очень востребован в различных отраслях промышленности. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной плёнки можно, добавляя к алюминию такие металлы, как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов. Легко реагирует с простыми веществами.

2. Физические свойства алюминия.

1. Слабый парамагнетик.

2. Легкий металл серебристо-белого цвета.

3. Плотность — 2,7 г/см³

4. Удельная теплоёмкость — 880 Дж/кг·K

5. Температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C

6. Температура кипения — 2500 °C

7. Удельная теплота плавления — 390 кДж/кг

8. Удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг

9. Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м

10. Модуль Юнга — 70 ГПа

11. Высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу

12. Временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм², сплавов — 38—42 кг/мм²

13. Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²

14. Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C).

15. Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10−3 K−1.

 

3. Сплавы алюминия.

Алюминиевые сплавы— сплавы, основной частью которых является алюминий. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан. В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых сплавов относится к деформируемым, которые предназначены для последующей ковки и штамповки. Сплавы на основе алюминия классифицируются по следующим признакам:

ü •по технологии изготовления;

ü •по степени упрочнения после термической обработки;

ü •по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы.

К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

Ø •алюминия с марганцем марки АМц;

Ø •алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:

v •нормальной прочности;

v •высокопрочные сплавы;

v •жаропрочные сплавы;

v •сплавы для ковки и штамповки.

К сплавам нормальной прочности относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины, дюралюмины), которые маркируются буквой «Д».

Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости. Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий + Цинк + Магний + Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением.

Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300° С.