Плавление алюминия, как и других веществ, происходит при подводе к нему тепловой энергии, снаружи или непосредственно в его объём, как это происходит, например, при индукционном нагреве.
Температура плавления алюминия зависит от его чистоты:
- Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 %: 660,37 °С.
- При содержании алюминия 99,5 % плавление начинается при 657 °С.
- При содержании алюминия 99,0 % плавление начинается при 643 °С.
Температура плавления металлов
Металлы и неметаллы
Любой кусок металла, например, алюминия, содержит миллионы отдельных кристаллов, которые называются зернами. Каждое зерно имеет свою уникальную ориентацию атомной решетки, но все вместе зерна ориентированы внутри этого куска случайным образом. Такая структура называется поликристаллической.
Аморфные материалы, например, стекло, отличаются от кристаллических материалов, например, алюминия, по двум важным отличиям, которые связаны друг с другом:
- отсутствие дальнего порядка молекулярной структуры
- различия в характере плавления и термического расширения.
Различие молекулярной структуры можно видеть на рисунке 1. Слева показана плотно упакованная и упорядоченная кристаллическая структура. Аморфный материал показан справа: менее плотная структура со случайным расположением атомов.
- Рисунок 1 – Структура кристаллических (а) и аморфных (б) материалов.
Кристаллическая структура: упорядоченная, повторяющаяся и плотная,
аморфная структура – более свободно упакованная - с беспорядочным расположением атомов.
Плавление металлов
Это различие в структуре проявляется при плавлении металлов, в том числе, плавлении алюминия различной чистоты и его сплавов. Менее плотно упакованные атомы дают увеличение объема (снижение плотности) по сравнению с тем же металлом в твердом кристаллическом состоянии.
Металлы при плавлении испытывают увеличение объема. У чистых металлов это объемное изменение происходит весьма резко и при постоянной температуре – температуре плавления, как это показано на рисунке 2.
Это изменение представляет собой разрыв между наклонными линиями по обе стороны от точки плавления.
Обе эти наклонные линии характеризуют температурное расширение металла, которое обычно является различным в жидком и твердом состоянии.
- Рисунок 2 – Характерное изменение объема чистого металла
по сравнению с изменением объема аморфного материала [4]:
Tg – температура стеклования (перехода жидкого состояния в твердое); - Tm – температура плавления
Теплота плавления
С этим резким увеличением объема при переходе металла из твердого состояния в жидкое связано определенное количество тепла, которое называется скрытой теплотой плавления. Это тепло заставляет атомы терять плотную и упорядоченное кристаллическую структуру. Этот процесс является обратимым, он работает в обоих направлениях – и при нагреве, и при охлаждении.
Равновесная температура плавления
Как было показано выше, чистые кристаллические вещества, например, чистые металлы, имеют характерную температуру плавления, которую часто называют «точкой плавления».
При этой температуре это чистое твердое кристаллическое вещество плавится и становится жидкостью.
Переход между твердым и жидким состоянием для малых образцов чистых металлов настолько мал, что может измеряться с точностью 0,1 ºС.
Жидкости имеют характерную температуру, при которой они превращаются в твердое вещество. Эту температуру называют температурой затвердевания или точкой затвердевания.
Теоретически – в равновесных условиях – равновесная температура плавления твердого вещества является той же самой, что и равновесная температура его затвердевания.
На практике можно наблюдать небольшие различия между этими величинами (рисунок 3).
Рисунок 3 – Кривые охлаждения и нагрева чистого металла.
Видны явления переохлаждения при охлаждении и перегрева при нагреве.
В начале затвердевания наблюдается впадина на кривой охлаждения,
что объясняется замедленным началом кристаллизации [4]
Температуры ликвидус и солидус
- Температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой солидус)
- Температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус).
«Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» – жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый, а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий.
При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та же температурой ликвидус, а окончания кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.
Плавление алюминия
Влияние легирующих элементов и примесей
Добавление в алюминий других элементов, в том числе легирующих, снижает температуру его плавления, точнее – начала его плавления.
Так, у некоторых литейных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния и магния температура начала плавления снижается почти до 500 °С. Вообще, понятие «температура плавления» распространяется только на чистые металлы и другие кристаллические вещества.
У сплавов же нет определённой температуры плавления: процесс их плавления (и затвердевания) происходит в некотором интервале температур.
Рисунок 4- Изменение удельного объема чистого металла (алюминия) и
сплава этого металла (алюминиевого сплава) [4]
Интервалы температуры плавления
В таблице ниже представлены температуры ликвидуса и солидуса некоторых промышленных деформируемых сплавов. Необходимо иметь в виду, что понятия температур солидус и ликвидус определены для равновесных превращений жидкой фазы в твердую и обратно, то есть при бесконечной длительности процессов. На практике надо делать поправки с учетом скорости нагрева или охлаждения.
Плавление силумина
Не все сплавы имеют интервал между температурами солидус и ликвидус. Такие сплавы называют эвтектическим.
Например, у алюминиевого сплава с содержанием 12,5 % кремния точки ликвидуса и солидуса сводятся в точку: этот сплав как и чистые металлы имеет не интервал, а точку плавления. Эта точка и температура называются эвтектическими.
Этот сплав относится к знаменитым литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам с узким интервалом солидус-ликвидус, что и дает их лучшие литейные свойства.
В двойном сплаве Al-Si температура солидус постоянна и составляет 577 °С. При увеличении содержания кремния температура ликвидус снижается от максимального значения для чистого алюминия 660 °С и до совпадения с температурой солидуса 577 °С при содержании кремния 12,6 %.
Среди других легирующих элементов алюминия сильнее всего понижает температуру плавления магний: эвтектическая температура 450 °С достигается при содержании магния 18,9 %.
Медь дает эвтектическую температуру 548 °С, а марганец – всего лишь 658 °С! Большинство сплавов являются не двойными, а тройными и даже четверными.
Поэтому при совместном влиянии нескольких легирующих элементов температура солидуса – начала плавления или конца затвердевания может быть еще ниже.
Затвердевание алюминия
Чистый алюминий
Чистые металлы, в том числе, чистый алюминий, имеют четкую температуру плавления – точку плавления. Затвердевание или «замерзание» чистого алюминия происходит также при постоянной температуре.
Когда чистый жидкий алюминий охлаждается, его температура падает до температуры затвердевания и остается при этой температуре, пока весь он (жидкий алюминий) не затвердеет.
На рисунках 5 и 6 показаны типичные кривые охлаждения чистого металла с переходом его из жидкого состояния в твердое.
Рисунок 5 – Кривая охлаждения чистого металла (например, алюминия) [3]
Рисунок 6 – Затвердевание чистого алюминия [5]
Алюминиевый сплав
При затвердевании алюминиевого сплава, который состоит из алюминия и растворенного в нем легирующего элемента, например, кремния или меди, то кривая охлаждение этого сплава показывает, что начало затвердевания происходит при одной температуре, а окончание – при другой температуре (рисунок 7).
Рисунок 7 – Кривая охлаждения сплава (например, алюминиевого сплава) [3]
Расплавление алюминиевых сплавов для литья
Для нагрева алюминиевого сплава до температуры жидкого состояния, при которой возможно выполнение операций литья, применяют плавильные печи различных видов. Тепловая энергия, которая требуется для того, чтобы нагреть металл до температуры жидкого состояния, при которой его можно разливать в литейные формы, состоит из суммы следующих компонентов:
- Теплота, чтобы поднять температуру металла до температуры плавления
- Теплота плавления, чтобы перевести металл из твердого состояния в жидкое состояние
- Теплота для нагрева расплавленного металла до заданной температуры разливки
Температура разливки – это температура расплавленного металла, при которой он заливается в литейную форму. Важным фактором здесь является разность между температурой разливки и температурой, при которой начинается затвердевание.
Этой температурой является температура (точка) плавления для чистого алюминия или температура ликвидус для алюминиевого сплава. Эту разность температур иногда называют перегревом.
Этот термин также может применяться для количества теплоты, которое надо отобрать от жидкого металла между разливкой и моментом начала затвердевания.
Температура кипения
- Температура кипения чистого алюминия составляет 2494 ºС [1]
Другие термические свойства алюминия [1]:
- скрытая теплота плавления: 397 кДж/г
- удельная теплота испарения: 1,18 · 10-4 MДж/(г·К)
- теплота сгорания: 31,05 МДж/кг
- теплоемкость: 0,900 кДж/(г·К) при 25 ºС;
1,18 кДж/(г·К) при 660,4 ºС (жидкий)
Температура плавления различных металлов
Температура плавления некоторых других чистых металлов составляет (градусы Цельсия) [1]:
- ртуть: минус 39
- литий: 181
- олово: 232
- свинец: 328
- цинк: 420
- магний: 650
- медь: 1085
- никель: 1455
- железо: 1538
- титан: 1670
Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993
2. Handbook of Aluminum: Vol. 1, ed. G. E. Totten, D. S. MacKenzie, 2003
3. Groover, Mikell P. Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes and systems, 4th ed. – JOHN WILEY & SONS, 2010
4. Introduction to Alloy Phase Diagrams – ASM International, 1992
5. TALAT 1205
-
Плотность алюминия - Дефекты анодирования: классификация
EnglishРусскийDeutsch
Алюминий
Алюминий вошел в промышленное и бытовое применение относительно не так давно. На пересечении XIX – XX было освоено производство этого металла в промышленных масштабах.
Все дело в том, что началось производство множества товаров, в которых алюминий широко применялся, например, при строительстве катеров, железнодорожных вагонов и пр.
Кстати, именно тогда был показан широкой публике автомобиль с кузовом, выполненным из алюминия.
Анодированный алюминий
Состав и структура алюминия
Алюминий – это самый распространенный в земной коре металл. Его относят к легким металлам. Он обладает небольшой плотностью и массой. Кроме того, у него довольно низкая температура плавления. В то же время он обладает высокой пластичностью и показывает хорошие тепло- и электропроводные характеристики.
Кристаллическая решетка алюминия
Структура алюминия
Предел прочности чистого алюминия составляет всего 90 МПа. Но, если в расплав добавить некоторые вещества, например, медь и ряд других, то предел прочности резко вырастает до 700 МПа. Такого же результат можно достичь, применяя термическую обработку.
Алюминий, обладающий предельно высокой чистотой – 99,99% производят для использования в лабораторных целях. Для применения в промышленности применяют технически чистый алюминий.
При получении алюминиевых сплавов применяют такие добавки, как – железо и кремний.
Они не растворяются в расплаве алюминия, а из добавка снижает пластичность основного материала, но в то же время повышает его прочность.
Внешний вид простого вещества
Структура этого металла состоит из простейших ячеек, состоящих из четырех атомов. Такую структуру называют гранецентрической.
Проведенные расчеты показывают, что плотность чистого металла составляет 2,7 кг на метр кубический.
Свойства и характеристики
Алюминий – это металл с серебристо-белой поверхности. Как уже отмечалось, его плотность составляет 2,7 кг/м3. Температура составляет 660°C.
Его электропроводность равняется 65% от меди и ее сплавов. Алюминий и бо́льшая часть сплавов из него стойко воспринимает воздействие коррозии. Это связано с тем, что на его поверхности образуется оксидная пленка, которая и защищает основной материал от воздействия атмосферного воздуха.
В необработанном состоянии его прочность равна 60 МПа, но после добавления определенных добавок она вырастает до 700 МПа. Твердость в этом состоянии достигает 250 по НВ.
Алюминий хорошо обрабатывается давлением. Для удаления наклепа и восстановления пластичности после обработки алюминиевые детали подвергают отжигу, при этом температура должна лежать в пределах 350°C.
Температура плавления алюминия
Получение алюминиевого расплава, как и многих других материалов, происходит после того, как к исходному металлу подвели тепловую энергию. Она может быть подведена как непосредственно в него, так и снаружи.
Температура плавления алюминия напрямую зависит от уровня его чистоты:
-
- Сверхчистый алюминий плавится при температуре 660, 3°C.
- При количестве алюминия 99,5% температура плавления составляет 657°C.
- При содержании этого металла в 99% расплав можно получить при 643°C.
Алюминиевый расплав
Процесс получения алюминия
Алюминиевый сплав может включать в свой состав различные вещества, в том числе и легирующие. Их наличие приводит к снижению температуры плавления.
Например, при наличии большого количества кремния, температура может понизиться до 500°C. На самом деле понятие температуры плавления относят к чистым металлам.
Сплавы не обладают какой-то постоянной температурой плавления. Этот процесс происходит в определенном диапазоне нагрева.
В материаловедении существует понятие – температура солидус и ликвидус.
Первая температура обозначает ту точку, в которой начинается плавление алюминия, а вторая, показывает, при какой температуре, сплав будет окончательно расплавлен. В промежутке между ними сплав будет находиться в кашеобразном состоянии.
Уменьшение температуры
Перед тем как приступать к плавке металла, можно выполнить определенные операции, которые позволят снизить температуру плавления. Например, иногда расплаву подвергают алюминиевый порошок. В порошкообразном состоянии металл начинает плавиться несколько быстрее.
Но при такой обработке возникает реальная опасность того, что при взаимодействии с кислородом, который содержится в атмосфере алюминиевый порошок, начнет окисляться с большим выделением тепла и образования оксидов металла, этот процесс происходит при температуре 2300 градусов.
Главное, в этот момент плавления не допустить контакта расплава и воды. Это приведет к взрыву.
Относительно низкая температура плавления алюминия позволяет проводить эту операцию в домашних условия.
Надо сразу отметить, что в качестве сырья в домашней мастерской использовать порошкообразную смесь слишком опасно. Поэтому в качестве сырья применяют или чушки, или нарезанную проволоку.
Если к будущему изделию нет особых требований по качеству, то для плавления можно использовать все, что изготовленного из этого металла.
Плавка алюминия в самодельном горне
При этом не особо важно, будет сырье покрыто краской или нет. Когда происходит плавление алюминия, все посторонние вещества просто выгорят и будут удалены вместе со шлаком.
Для получения качественного результата плавки необходимо использовать материалы, которые называют флюсами. Они призваны решать задачу по связыванию и удалению из расплава посторонних примесей и загрязнений.
Домашний мастер, решивший в домашних условиях выполнять плавление алюминия должен отдавать себе отчет в том, что это довольно опасный процесс. И поэтому без применения средств защиты не обойтись.
В частности, должны быть использованы перчатки, фартук, очки. Дело в том, что температура расплава лежит в пределах 600 градусов.
Поэтому имеет смысл использовать средства защиты, которые применяют сварщики.
Использование средств защиты при плавке алюминия
Кстати, при плавлении алюминия и использовании очищающих химикатов необходимо защищать органы дыхания от продуктов их сгорания.
Выбор формы для литья
При выборе формы для отливки алюминия домашний мастер должен понимать, а для какой цели он обрабатывает алюминий. Если будущая отливка будет предназначена для использования в качестве припоя, то использовать, какие-то специальные формы, нет необходимости. Для этого можно использовать металлический лист, на котором можно остудить расплавленный металл.
Но если возникает необходимость получения даже простой детали, то мастер должен определиться с типом формы для литья.
Форму можно изготовить из гипса. Для этого, гипс в жидком состоянии заливают в обработанную маслом форму. После того, как начнет застывать, в него устанавливают литейную модель. Для того, чтобы в форму можно было залить расплавленный металл необходимо сформировать литник.
Для этого в форму устанавливают цилиндрическую деталь. Формы бывают разъемные и нет. Процесс изготовления разъемной формы усложняется тем, что модель будет находиться в двух полуформах. После застывания их разделяют, удаляют модель и соединяют снова. Форма готова к работе.
Кокиль для литья алюминия
Для получения качественных отливок целесообразно использовать металлические формы (кокили), но изготавливать их целесообразно только в заводских условиях.
Температура плавления алюминия и его сплавов в домашних условиях
Главная › Металловедение ›
16.12.2014
Данный элемент (Al) является самым распространенным среди всех металлов. Благодаря своим особым свойствам (небольшой вес, мягкость и ряд других), он нашел широкое применение не только в промышленности. С алюминием часто имеют дело и домашние умельцы, так как его обработка труда не представляет ввиду невысокой температуры плавления.
Иногда приходится расплавлять этот металл для заливки в определенные формы. Как это сделать, причем в бытовых условиях, без специального оборудования – этот вопрос интересует многих.
Прежде всего, нужно отметить, что плавление можно осуществить двумя способами – поверхностным нагревом металла и «внутренним». Последний способ в домашних условиях вряд ли осуществим, так как предусматривает применение специального оборудования. Например, для нагрева индукционного.
Следовательно, самостоятельно можно использовать только способ внешнего воздействия (теплового) на Al.
Мы не будем рассматривать все нюансы, так как точная температура плавления зависит от нескольких факторов – давления, химической чистоты материала и некоторых других. Поэтому приведем только усредненное значение – 660 ºС (по шкале Кельвина это 993,5 º).
А вот мнения о том, можно ли достигнуть такой температуры в домашних условиях, встречаются разные. Одни «самоделкины» утверждают, что сами плавили Al на обычном костре (даже указывают температуру в 560 ºС), другие над этим смеются и говорят, что придется применять мощные нагревательные приборы и при этом не смотреть на эл/счетчик, а то мол, «сердце прихватит» от того, как он «накручивает».
Правильность утверждений о том, что алюминий можно расплавить на открытом огне, можно проверить только на практике. Попробуйте, может, и получится.
Остается добавить, что не все изделия, которые мы считаем «алюминиевыми» (например, кастрюли), на самом деле являются таковыми. В чистом виде этот металл в производстве редко используется. Как правило, все разновидности подобной продукции сделаны из различных сплавов Al, которые в обиходе имеют общее название «дюраль». А она плавится и при меньших значениях температуры.
Какова температура плавления алюминия и его сплавов? Ссылка на основную публикацию 
Алюминиевые сплавы — марки, свойства и применение
Алюминий — серебристо-белый легкий парамагнитный металл. Впервые получен физиком из Дании Гансом Эрстедом в 1825 году. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 13 и символ Al, атомная масса равна 26,98.
Производство алюминия
Для производства алюминия используют бокситы — это горная порода, которая содержит гидраты оксида алюминия. Мировые запасы бокситов почти не ограничены и несоизмеримы с динамикой спроса.
Боксит дробят, измельчают и сушат. Получившуюся массу сначала нагревают паром, а затем обрабатывают щелочью — в щелочной раствор переходит большая часть оксида алюминия. После этого раствор длительно перемешивают.
На этапе электролиза глинозем подвергают воздействию электрического тока силой до 400 кА. Это позволяет разрушить связь между атомами кислорода и алюминия, в результате чего остается только жидкий металл.
После этого алюминий отливают в слитки или добавляют к нему различные элементы для создания алюминиевых сплавов.
Алюминиевые сплавы
Наиболее распространенные элементы в составе алюминиевых сплавов — медь, марганец, магний, цинк и кремний. Реже встречаются сплавы с титаном, бериллием, цирконием и литием.
Алюминиевые сплавы условно разделяют на две группы: литейные и деформируемые.
Для изготовления литейных сплавов расплавленный алюминий заливают в литейную форму, которая соответствует конфигурации получаемого изделия. Эти сплавы часто содержат значительные примеси кремния для улучшения литейных свойств.
Деформируемые сплавы сначала разливают в слитки, а затем придают им нужную форму.
Происходит это несколькими способами в зависимости от вида продукта:
- Прокаткой, если необходимо получить листы и фольгу.
- Прессованием, если нужно получить профили, трубы и прутки.
- Формовкой, чтобы получить сложные формы полуфабрикатов.
- Ковкой, если требуется получить сложные формы с повышенными механическими свойствами.
Марки алюминиевых сплавов
Для маркировки алюминиевых сплавов согласно ГОСТ 4784-97 пользуются буквенно-цифровой системой, в которой:
- А — технический алюминий;
- Д — дюралюминий;
- АК — алюминиевый сплав, ковкий;
- АВ — авиаль;
- В — высокопрочный алюминиевый сплав;
- АЛ — литейный алюминиевый сплав;
- АМг — алюминиево-магниевый сплав;
- АМц — алюминиево-марганцевый сплав;
- САП — спеченные алюминиевые порошки;
- САС — спеченные алюминиевые сплавы.
После первого набора символов указывается номер марки сплава, а следом за номером — буква, которая обозначает его состояние:
- М — сплав после отжига (мягкий);
- Т — после закалки и естественного старения;
- А — плакированный (нанесен чистый слой алюминия);
- Н — нагартованный;
- П — полунагартованный.
Виды и свойства алюминиевых сплавов
Алюминиево-магниевые сплавы
Эти пластичные сплавы обладают хорошей свариваемостью, коррозийной стойкостью и высоким уровнем усталостной прочности.
В алюминиево-магниевых сплавах содержится до 6% магния. Чем выше его содержание, тем прочнее сплав. Повышение концентрации магния на каждый процент увеличивает предел прочности примерно на 30 МПа, а предел текучести — примерно на 20 МПа.
При подобных условиях уменьшается относительное удлинение, но незначительно, оставаясь в пределах 30–35%.
Однако при содержании магния свыше 6% механическая структура сплава в нагартованном состоянии приобретает нестабильных характер, ухудшается коррозийная стойкость.
Для улучшения прочности в сплавы добавляют хром, марганец, титан, кремний или ванадий. Примеси меди и железа, напротив, негативно влияют на сплавы этого вида — снижают свариваемость и коррозионную стойкость.
Алюминиево-марганцевые сплавы
Это прочные и пластичные сплавы, которые обладают высоким уровнем коррозионной стойкости и хорошей свариваемостью.
Для получения мелкозернистой структуры сплавы этого вида легируют титаном, а для сохранения стабильности в нагартованном состоянии добавляют марганец. Основные примеси в сплавах вида Al-Mn — железо и кремний.
Сплавы алюминий-медь-кремний
Сплавы этого вида также называют алькусинами. Из-за высоких технических свойств их используют во втулочных подшипниках, а также при изготовлении блоков цилиндров. Обладают высокой твердостью поверхности, поэтому плохо прирабатываются.
Алюминиево-медные сплавы
Механические свойства сплавов этого вида в термоупрочненном состоянии порой превышают даже механические свойства некоторых низкоуглеродистых сталей. Их главный недостаток — невысокая коррозионная стойкость, потому эти сплавы обрабатывают поверхностными защитными покрытиями.
Алюминиево-медные сплавы легируют марганцем, кремнием, железом и магнием. Последний оказывает наибольшее влияние на свойства сплава: легирование магнием значительно повышает предел текучести и прочности. Добавление железа и никеля в сплав повышает его жаропрочность, кремния — способность к искусственному старению.
Алюминий-кремниевые сплавы
Сплавы этого вида иначе называют силуминами. Некоторые из них модифицируют добавками натрия или лития: наличие буквально 0,05% лития или 0,1% натрия увеличивает содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12% до 14%. Сплавы применяются для декоративного литья, изготовления корпусов механизмов и элементов бытовых приборов, поскольку обладают хорошими литейными свойствами.
Сплавы алюминий-цинк-магний
Прочные и хорошо обрабатываемые. Типичный пример высокопрочного сплава этого вида — В95. Подобная прочность объясняется высокой растворимостью цинка и магния при температуре плавления до 70% и до 17,4% соответственно. При охлаждении растворимость элементов заметно снижается.
Основной недостаток этих сплавов — низкую коррозионную стойкость во время механического напряжения — исправляет легирование медью.
Авиаль
Авиаль — группа сплавов системы алюминий-магний-кремний с незначительными добавлениями иных элементов (Mn, Cr, Cu). Название образовано от сокращения словосочетания «авиационный алюминий».
Применять авиаль стали после открытия Д. Хансоном и М. Гейлером эффекта искусственного состаривания и термического упрочнения этой группы сплавов за счет выделения Mg2Si.
Эти сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из авиаля изготавливают кованые и штампованные детали сложной формы. Например, лонжероны лопастей винтов вертолетов. Для повышения коррозионной стойкости содержание меди иногда снижают до 0,1%.
Также сплав активно используют для замены нержавеющей стали в корпусах мобильных телефонов.
Физические свойства
- Плотность — 2712 кг/м3.
- Температура плавления — от 658°C до 660°C.
- Удельная теплота плавления — 390 кДж/кг.
- Температура кипения — 2500 °C.
- Удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг.
- Удельная теплоемкость — 897 Дж/кг·K.
- Электропроводность — 37·106 См/м.
- Теплопроводность — 203,5 Вт/(м·К).
Химический состав алюминиевых сплавов
| Алюминиевые сплавы | ||||||||||||
| Марка | Массовая доля элементов, % | Плотность, кг/дм³ | ||||||||||
| ГОСТ | ISO 209-1-89 | Кремний (Si) | Железо (Fe) | Медь (Cu) | Марганец (Mn) | Магний (Mg) | Хром (Cr) | Цинк (Zn) | Титан (Ti) | Другие | Алюминий не менее | |
| Каждый | Сумма | |||||||||||
| АД000 | A199,8 1080A | 0,15 | 0,15 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,06 | 0,02 | 0,02 | 99,8 | 2,7 | |
| АД00 1010 | A199,7 1070A | 0,2 | 0,25 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 99,7 | 2,7 | |
| АД00Е 1010Е | ЕА199,7 1370 | 0,1 | 0,25 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,04 | Бор:0,02 Ванадий+титан:0,02 | 0,1 | 99,7 | 2,7 |
В далеком прошлом из-за высокой стоимости алюминия его использовали для изготовления ювелирных изделий. Так, весы с алюминиевыми и золотыми чашами были подарены Д. И. Менделееву в 1889 г.
Когда себестоимость алюминия снизилась, мода на ювелирные изделия из этого металла прошла. Но и в наши дни его используют для изготовления бижутерии. В Японии, например, алюминием заменяют серебро при производстве национальных украшений.
Столовые приборы
По-прежнему пользуются популярностью столовые приборы и посуда из алюминия. В частности, в армии широко распространены алюминиевые фляжки, котелки и ложки.
Стекловарение
Алюминий широко применяют в стекловарении. Высокий коэффициент отражения и низкая стоимость вакуумного напыления — основные причины использования алюминия при изготовления зеркал.
Пищевая промышленность
Алюминий зарегистрирован как пищевая добавка Е173. Ее используют в качестве пищевого красителя, а также для сохранения продуктов от плесени. Е173 окрашивает кондитерские изделия в серебристый цвет.
Военная промышленность
Из-за небольшого веса и низкой стоимости алюминий широко применяют при изготовлении ручного стрелкового оружия — автоматов и пистолетов.
Ракетная техника
Алюминий и его соединения используют в качестве ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах.
Алюмоэнергетика
В алюмоэнергетике алюминий используют для производства водорода и тепловой энергии, а также выработки электроэнергии в воздушно-алюминиевых электрохимических генераторах.
Температура плавления алюминия
Переход Al, сплавов на его основе, из твёрдого агрегатного состояния (исходного) в жидкое, происходит, когда к нему подводится тепло. Сделано это может быть снаружи, либо посредством его подачи непосредственно в толщу материала (вариант, индукционный нагрев).
Общая информация о процессе
В твёрдом состоянии кристаллическая решётка металла состоит из зёрен, пространственно ориентированных произвольным образом (подобные структуры именуются поликристаллическими).
В процессе плавления объём металла увеличивается. У химически чистых, он происходит быстро и при определённых температурах. Пример. Фактическая температура плавления Al (t):
- сверхчистого, с процентным содержанием Al 99,996%, равняется 660,37°С;
- при снижении доли чистого металла до 99,5, t=657°С;
- при 99,0%, t=643°С.
Резкое увеличение объёма происходит под воздействием определённого тепла, инициирующего плавление. Данная величина именуется скрытой теплотой.
Последнее способствует тому, что исходная кристаллическая структура материала теряет упорядоченность и плотность. Процесс обратим (охлаждение/нагревание).
Температура плавления, именуемая равновесной
Любые химически чистые металлы, включая алюминий, имеют температурную характеристику, именуемую «точка плавления». Материалы, достигая её, становятся жидкими. Для незначительных объёмов образцов алюминия переход в иное агрегатное состояние происходит настолько быстро (в плане изменения температурного режима), что измерить его можно с точностью до 0,1°С.
Обратная процедура, предусматривающая переход в твёрдое состояние, происходит при достижении «точки затвердевания». При равновесных условиях, при чисто теоретическом допущении, её значение равно температуре плавления. Фактически между этими значениями существуют незначительные разбросы.
Температуры начала и завершения плавления
Эти две величины также необходимо учитывать при рассмотрении вопроса плавления металлов:
- первая, «солидус» (твёрдый) – это значение температуры, по достижению которой начинается процесс плавления;
- вторая, «ликвидус» (жидкий) – обозначает показатель, достижение которого приводит к завершению плавления.
Сплавы на основе алюминия, начинают кристаллизоваться при достижении значения, именуемого «ликвидус». Заканчивается отверждение при достижении «солидус». Между этими значениями металл находится в кашицеобразном состоянии.
Влияние на процессы плавления примесей, легирующих элементов
При добавлении в химически чистый металл присадок, включая легирующие, достигается понижение температуры, необходимой для начала процесса плавления. Пример, значительное содержание Mg, Si опускает её почти до 500°С.
Для сплавов, определение «температура плавления» фактически не используется, так как данный процесс идёт в определённом интервале температур.
Особенности плавления силумина
Различные сплавы, имеющие широкий температурный интервал между величинами ликвидус (солидус), именуются эвтектическими. Пример.
E cплавов на основе Al, в составе которых 12,5 % Si, этот диапазон сокращён до точки плавления. Именно эта температурное значение будет называться эвтектическим.
Данный сплав относится к группе силуминов, обладающих литейными свойствами. Её величина составляет 577°С.
Рост процентного содержания Si приводит к снижению величины «ликвидус» от max (значение для чистого Al составляет 660°C) с величиной «солидуса» (577°С).
Среди иных легирующих материалов следует упомянуть Mg. Эвтектической температуры в 450°С можно достичь при его содержании в 18,9%. Для Gu эта температура равна 548°С. Для Mn, 658°С.
Большинство сплавов содержит три и более легирующих элемента. Поэтому рассмотренные температуры могут быть ещё ниже.
Процесс плавления алюминия (его сплавов), весьма сложный технологический процесс. Для получения требуемого результата следует учитывать значительное количество внешних факторов, включая различные температурные характеристики.
Также рекомендуем прочитать:
- Мировые запасы алюминия и его основные поставщики
- Применение медного профиля в промышленности
- Где применяется алюминиевый профиль?
Загрузка...
