Алюміній. Основні властивості

Розділ 9 АЛЮМІНІЙ ТА АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ

Алюміній належить до III групи періодичної системи, порядковий номер — 13, температура плавлення — 660 °С. Алюміній, м'який метал, густина 2,7 г/см³ (Fe = 7,8, Cu = 8,94). Він кристалізується у гранецентровану кубічну ґратку. Період ґратки при 20 °С дорівнює 0,404 нм, атомний радіус 0,143 нм. Алюміній не має алотропічних модифікацій, має високу тепло- та електропровідність (65% від Cu). Це - хімічно активний елемент, однак він легко покривається оксидною плівкою Аl₂O₃, що захищає його поверхню від подальшої взаємодії із середовищем. Питомий об'єм алюмінію та Аl₂О₃ близькі, тому плівка щільна. Вона має гарне зчеплення з металом та мало проникна для усіх газів. Алюміній стійкий у багатьох органічних кислотах, але швидко розчиняється у розчинах їдких лугів.

При звичайних температурах алюміній не взаємодіє із водою. парами вологи, CO, CO₂, але з підвищенням температури реагує з ними. Енергійно взаємодіє з парами вологи при температурі більше 500 °С. Водень, що утворюється за реакцією 2Al+3H₂O=3H₂+Al₂O₃, частково розчиняється у металі.

Алюміній має високу корозійну стійкість у морській воді. Він стійкий у тих середовищах, що не руйнують захисну оксидну плівку. Специфічна властивість алюмінію - здатність поглинати нейтрони, дозволяє застосовувати його в атомних реакторах. Переріз поглинення теплових нейтронів у Аl - 0,2·10^-28 м²; Fe - 2,43·10^-28 м²; Ni - 4,5·10^-28 м²; Cu- 3,59·10^-28 м².

Механічні властивості відпаленого алюмінію високої чистоти σ_в=50 МПа; σ_0.2=15 МПа, δ=50%. Холодна пластична деформація підвищує σ_в до 150 МПа, але знижує δ до 6 %. Алюміній легко обробля­ється тиском, зварюється усіма видами зварювання, але його обробка різанням ускладнена .

Технічний алюміній застосовують для виготовлення не навантажених елементів конструкцій та деталей, коли потрібні високі пластичність, гарна зварюваність, опір корозії, високі тепло- та електропровідність.

З алюмінію виготовляють кабелі, електропроводи, конденсатори, фольгу, посуд, цистерни тощо.

Металургійні комбінати виготовляють алюміній первинної плавки для деформування високої (AD04, AD4) та технічної чистоти (AD000-AD).

Постійними домішками у первинному алюмінії є залізо та кремній. Наприклад, алюміній марки AD1 містить не більше 0,3 % Si та 0.3 % Fe при сумарному вмісті домішок не більше 0,7 %. Залізо не розчиняється в алюмінії (рис. 9.1, а). Розчинність кремнію при кімнатній температурі близька до нуля, а при евтектичній температурі складає 1,65 % (рис. 9.1, б). Евтектика, що утворюється при Т_м - 577 °С у даній подвійній системі містить 12,5% Si і складається з пластин розчину кремнію в алюмінії та з кремнію.

Якщо в алюмінії одночасно наявні домішки заліза та кремнію, то утворюються потрійні проміжні фази змінного складу, що позначаються a-(Al-Fe-Si) та β-(Al-Fe-Si). Фазі α приписують фор­мулу Fe₂SiAl₈ , а фазі β- FeSiAl₅.

Ці фази мають форму голок чи форму "китайського шрифту", розташовуються переважно по межах зерен (рис. 9.2, а, б), істотно знижуючи пластичність алюмінію, та додають металу здатність до утворення гарячих тріщин після напівбезперервного лиття виливків.