Свойства алюминия - Алюминий - О металлах

Свойства алюминия

Алюминий - серебристо-белый легкий металл. Расположен в IIIгруппе Периодической системы элементов Д.И.Менделеева под номером 13;атомная масса алюминия - 26,98. Конфигурация внешней электронной оболочки 3s²3р; атомный радиус - 0,143 мм,ионный радиус А1 ³⁺ (в скобках указаны координационные числа) 0,053 нм (4); 0,062 нм (5); 0,067 нм (6);энергия ионизации А1 -» А1 ⁺-> А1 ²⁺ —> А1³⁺ - соответственно 5,984; 18,828; 28,44 эВ;сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Поллингу - 1,5;поперечное сечение захвата тепловых нейтронов - 215*10^-25м² [3]. Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку с параметрами: а= 0,40403 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m. В природе существует один стабильный изотоп ²⁷А1.

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

Физические свойства алюминия

Плотность алюминия (99,996%А1), г/см³, при температуре:
20 °С	2,6989
1000 °С	2,289
Температура кипения и плавления алюминия,°С:
плавления	660
кипения	~2452
Теплота испарения и плавления алюминия, 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 алюминия, Дж/(кгК), при температуре:**
20 °С	929,46
100 °С	931,98
Коэффициент линейного расширения при температуре 20-100°С, К^-1	24,58*10^-6
*Теплопроводность алюминия ,Вт/( мК), при температуре:**
20 °С	217
190 °С	343
Электропроводность по отношению к меди при температуре20 °С	65,5%
Удельное электросопротивление, мкОмм	0.0265
Температурный коэффициент электросопротивления	0,042
*Динамическая вязкость алюминия (99,85% А1), Нс/м², при температуре:**
800 °С	2*10^-3
1123 °С	1,540^-3
1279 °С	1,3*10^-3
Модуль нормальной упругости алюминия Е, МПа, при температуре:
180 °С	7,8*10⁴
20 °С	7,1*10⁴
100 °С	7,0*10⁴
200 °С	6,6*10⁴
400 °С	5,6*10⁴
500 °С	5,0*10⁴
600 °С	4,4*10⁴
Модуль сдвига при температуре 20 °С	2,7*10^{4 МПа}
Магнитная характеристика алюминия	Слабо парамагнитен

Механические свойства алюминия [4-6]

Временное сопротивление алюминия разрыву σ_в, МПА:
в отожженном состоянии	50
в деформированном (холоднокатаном) состоянии	115
Предел текучести алюминия s _0,2:
в отожженном состоянии	50-80
в деформированном состоянии	120
*Предел усталости алюминия (50010 ⁶ циклов),σ_-1:**
в отожженном состоянии	40
в деформированном состоянии	50
Предел ползучести алюминия, при температуре:
15 °С	50
100 °С	27
200 °С	7
Предел прочности алюминия при срезе, σ_ср:
в отожженном состоянии	60
в деформированном состоянии	100
Относительное удлинение алюминия, δ:
в отожженном состоянии	30-40%
в деформированном состоянии	5-10%
Относительное сужение алюминия, ψ:
в отожженном состоянии	70-90%
в деформированном состоянии	50-60%
Ударная вязкость при температуре 20 °С _a_м	140
Твердость алюминия по Бринеллю, НВ:
в отожженном состоянии	25
в литом состоянии	20
в деформированном состоянии	30-35

При охлаждении алюминия до температуры ниже 120 К егопрочностные свойства в отличии от большинства металлов возрастают, апластичность не изменяется (табл. 1.7).

Механические свойства алюминия различной чистоты

Состояние	Содержание Аl,%	Пределпрочности при растяжении σ_в2МПа	Пределтекучести при растяжении σ._00,2, МПа	Относительноеудлинение δ, %	Твердость поБринеллю, НВ
Литой в землю	99,996	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
Деформированныйи 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 горячей обработки отжига отпуска Линейная усадка, % Допускаемая деформация (холодная и горячая), % Начало рекристаллизации, °С Жидкотекучесть, мм.	690-710 350-450 370-400 150 2,7 75-90 150 317

Коррозионные свойства алюминия

Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионнойстойкостью в атмосферных условиях как сельской местности, так игородских промышленных районов.

Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиесяв воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния наскорость коррозии алюминия и его сплавов. Алюминий практическине корродирует в дистиллированной и чистой пресной (естественной) водедаже при высоких температурах (до 180 °С). Действие пара наалюминий и его сплавы также незначительно.

Вода, содержащая примеси щелочей, резко повышает скоростькоррозии алюминия. При комнатной температуре скорость коррозииалюминия 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 вестественной (не загрязненной) морской воде. Сернокислые солимагния, натрия, алюминия, а также гипосульфит практически недействуют на технический алюминий. Скорость коррозии алюминиявозрастает в присутствии в воде солей ртути, меди или ионовхлора, разрушающих защитную оксидную пленку на алюминии.

В концентрированной азотной кислоте при комнатной температуреалюминий и его сплавы устойчивы, но быстро разрушаются вразбавленных кислотах.

Слабые растворы серной кислоты, концентрацией до 10%, прикомнатной температуре незначительно влияют на техническийалюминий, но с повышением концентрации и температуры скоростькоррозии резко возрастает. В концентрированной серной кислоте алюминийпрактически устойчив.

Соляная кислота быстро разрушает алюминий и его сплавы,особенно с повышением температуры. Такое же действие наалюминий оказывают растворы плавиковой и бромистоводородной кислот.Слабые растворы фосфорной (менее 1%), хромовой (до 10%) и борной (привсех концентрациях) кислот на алюминий и его сплавы действуютнезначительно.

Органические кислоты - уксусная, масляная, лимонная, винная, атакже кислые (незагрязненные) фруктовые соки, вино оказываютслабое действие на алюминий и его сплавы, за исключениемщавелевой и муравьиной кислот.

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

Следует отметить, что алюминий и однофазные сплавы наалюминиевой основе более стойки в коррозионном отношении, чем сплавыдвухфазные и многофазные.

Влияние примесей на свойства алюминия

Накоррозионные, физические, механические и технологические свойстваалюминия оказывают значительное влияние примеси различныхэлементов. Так, например, большинство примесей снижаютэлектропроводность алюминия (рис. 1.1). Основные примеси в алюминии -железо и кремний. Железо снижает коррозионную стойкость,электропроводность и пластичность алюминия, но несколько повышает егопрочность. Диаграмма состояния системы Al-Fe, приведенная,показывает, что железо незначительно растворяется в алюминии втвердом состоянии. При температуре эвтектики (655°С)растворимость железа достигает 0,052% и с понижениемтемпературы граница твердого раствора а резко сдвигается в сторонуалюминия. Железо в алюминии присутствует в виде самостоятельной фазы Al₃Fe.