Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 07.08.2015 ISBN: 9785392191093 Язык: Объем текста: 156 стр. Формат: epub

Оглавление

Предисловие

Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебное пособие. Введение

Глава 1. Классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе

Глава 2. Алюминий и сплавы на его основе

Глава 3. Медь и сплавы на ее основе

Глава 4. Титан и сплавы на его основе

Глава 5. Магний и сплавы на его основе магния

Глава 6. Никель и сплавы на его основе

Глава 7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

Глава 8. Олово, свинец, цинк и сплавы на их основе

Глава 9. Серебро и его сплавы

Глава 10. Золото и сплавы на его основе

Терминологический справочник

Контрольно-измерительные материалы. Вопросы для тестирования

Микроструктурный анализ сплавов на основе цветных металлов. Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 7

Приложение

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

ГЛАВА 2.
АЛЮМИНИЙ И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

В XVI в., исследуя квасцы, талантливый немецкий врач фон Гогенгейм установил, что они «есть соль некоторой квасцовой земли», в состав которой входит окись неизвестного металла, впоследствии названная глиноземом. В 1754 г. немецкий химик Маргграф сумел выделить «квасцовую землю». В 1807 г. англичанин Дэви попытался получить металл, скрывающийся в квасцах, ему удалось электролизом щелочей открыть натрий и калий, но разложить с помощью электрического тока глинозем он так и не сумел. Подобные же попытки предпринял спустя несколько лет швед Берцелиус, но и его работы не увенчались успехом. Несмотря на это, ученые все же решили дать «неподдающемуся» металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Дэви изменил алюмий на алюминий.

Первым, кому удалось получить металлический алюминий, был датский ученый Эрстед. В 1825 г. в одном из химических журналов он опубликовал свою статью, в которой писал, что в результате проведенных им опытов образовался «кусок металла, с цветом и блеском, несколько похожим на олово». В 1886 г. независимо друг от друга американский студент Холл и французский инженер Эру разработали электролитический способ производства алюминия. В конце 80-х гг. XIX в. работавший в России австрийский химик К.И. Байер создал и успешно применил в заводских условиях оригинальную технологию получения глинозема – основного промышленного сырья для производства алюминия. В эти годы производство алюминия резко возросло и, как следствие, значительно снизились цены на этот металл, еще не так давно считавшийся драгоценным.

По распространенности в земной коре алюминий занимает третье место после кислорода и кремния и первое место среди конструкционных металлов (8,8 % по массе). Этот элемент входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и ряда других пород. По объему производства алюминий находится на втором месте после железа.

Алюминий – это светлый серебристый металл, имеющий гцк решетку (период 0,404 нм) и не испытывающий аллотропического превращения вплоть до температуры плавления (660 °С).

Наиболее важным свойством алюминия, определяющим его широкое применение, является его небольшая плотность (=2,7 г/см3). Алюминий – один из самых легких металлов: он в 3 с лишним раза легче меди и в 2,9 раза легче железа. По теплопроводности и электропроводности он уступает лишь серебру, золоту и меди.

Чистый Al имеет весьма незначительную прочность (табл. 2.1), однако сплавы на его основе вполне конкурентоспособны – деформируемые сплавы при 20 °С имеют значениев 700 МПа, литейные в 550 МПа.

Таблица 2.1

Механические свойства чистого алюминия при комнатной температуре

Чистота алюминия, % Аl (по массе)	0,2, МПа	в, МПа	, % (на базе 50 мм)
99,99	10	45	50
99,8	20	60	45
99,6	30	70	43

Рабочие температуры примерно до 300 °С, однако порошковые и композиционные сплавы на основе Аl работают до 400–450 °С, поэтому номенклатура изделий очень велика и разнообразна (большинство деталей работают именно до этой температуры).

Алюминий и его сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую технологическую пластичность (хорошая обрабатываемость давлением разными способами изделий сложной формы и больших размеров), хорошую свариваемость (практически всеми методами, включая сварку плавлением) и неплохую паяемость. Высокая пластичность алюминия позволяет прокатывать его в фольгу толщиной до 3 мкм, вытягивать в тончайшую, как паутина, проволоку: при длине 1000 м она весит всего 27 г.

В судостроении распространена сварка деформируемых сплавов на основе алюминия, за исключением Д16, в среде инертных газов. В ряде случаев допускается применение контактной или электронно-лучевой сварки.

К недостаткам алюминиевых сплавов относится повышенная по сравнению со сталью способность деформироваться при сварке. Основная причина деформаций – высокий коэффициент линейного расширения алюминия (примерно в два раза больший, чем у стали). Практическим неудобством является то, что при нагреве алюминиевые сплавы не меняют цвета (нет цветов побежалости), вследствие чего легко допустить прожоги во время сварки и при правке конструкций местными нагревами газовой горелкой.

Алюминий и его сплавы имеют высокую коррозионную стойкость, т.к. на поверхности образуется окисная пленка Аl2O3 толщиной 100 нм, являющаяся хорошей защитной пленкой. Сплавы на основе Аl в морской и пресной воде по коррозионной стойкости превосходят стали, за исключением коррозионностойких.

У алюминия высокая электропроводимость (273 = 38,2 МСм/м), что позволяет применять его как проводниковый материал. Алюминий имеет также ценные ядерные свойства – малое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов ( = 0,21·10-28 м2), наряду с Ве и Zr его используют в атомных реакторах для оболочек, находящихся в активной зоне.

Основные примеси, присутствующие во всех алюминиевых сплавах, – железо, кремний и марганец, как правило, ухудшают механические и коррозионные свойства.

Железо – практически нерастворимый в алюминии элемент. Оно образует с алюминием эвтектику (Аl+Аl3Fе) при 655 °С, которая, выделяясь в структуре алюминия в виде игл, снижает его пластические свойства. Железо также уменьшает коррозионную стойкость алюминия, но в то же время увеличивает его прочность.

Кремний не образует соединений с Аl. Растворяясь в алюминии, кремний несколько упрочняет его, незначительно снижая пластические свойства. Как и железо, кремний приводит к образованию эвтектики с алюминием. Если эвтектика с железом (655 °С) близка к температуре плавления Аl (660 °С), то эвтектика с кремнием почти на 100 °С ниже (577 °С), что приводит к эффекту горячеломкости алюминия. Таким образом, кремний является причиной горячих поверхностных трещин на слитках чистого Аl, полученных полунепрерывным методом. Увеличение концентрации Si ухудшает технологичность алюминия при горячей прокатке и сварке.

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

В учебно-методическом комплексе, состоящем из учебного пособия и методических указаний, приведена классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности микроструктуры и важнейшие свойства сплавов на основе цветных металлов. Описаны основы фазовых превращений при нагреве и охлаждении сплавов.<br /> Комплекс предназначен для студентов, обучающихся по специальности 150501 «Материаловедение в машиностроении» и 261001 «Технология художественной обработки материалов». Может быть использован при выполнении курсовых и выпускных аттестационных работ.

Внимание! Авторские права на книгу "Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс" (Мутылина И.Н.) охраняются законодательством!