Статьи

Отличительные особенности алюминия - высокая электропроводимость, теплопроводность, коррозионная стойкость, малая плотность и отличная обрабатываемость давлением в холодном состоянии. **Физические свойства алюминия [2-6]**

Плотность (99,996% А1), г/см3, при температуре:
20 °С	2,6989
1000 °С	2,289
Температура, °С:
плавления	660
кипения	~2452
Теплота 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, Дж/(кг*К), 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, Вт/( м*К), при температуре:
20 °С	217
190 °С	343
Электропроводность по отношению к меди при температуре 20 °С	65,5%
Удельное электросопротивление, мк*Ом*м	0.0265
Температурный коэффициент электросопротивления	0,042
Динамическая вязкость (99,85% А1), Н*с/м2, при температуре:
800 °С	2*10-3
1123 °С	1,540-3
1279 °С	1,3*10-3
Модуль нормальной упругости 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*104 МПа
Магнитная характеристика алюминия	Слабо парамагнитен

**Механические свойства алюминия [4-6]**

Временное сопротивление разрыву σв,МПА:
в отожженном состоянии	50
в деформированном (холоднокатаном) состоянии	115
Предел текучести s 0,2 :
в отожженном состоянии	50-80
в деформированном состоянии	120
Предел усталости (500*10 6 циклов),σ -1:
в отожженном состоянии	40
в деформированном состоянии	50
Предел ползучести, при температуре:
15 °С	50
100 °С	27
200 °С	7
Предел прочности при срезе,σ ср:
в отожженном состоянии	60
в деформированном состоянии	100
Относительное удлинение,δ:
в отожженном состоянии	30-40%
в деформированном состоянии	5-10%
Относительное сужение, ψ:
в отожженном состоянии	70-90%
в деформированном состоянии	50-60%
Ударная вязкость при температуре 20 °С aм	140
Твердость по Бринеллю, НВ:
в отожженном состоянии	25
в литом состоянии	20
в деформированном состоянии	30-35

При охлаждении алюминия до температуры ниже 120 К его прочностные свойства в отличии от большинства металлов возрастают, а пластичность не изменяется (табл. 1.7). Таблица 1.7. **Механические свойства алюминия различной чистоты**

Состояние	Содержание Аl, %	Предел прочности при растяжении σв2МПа	Предел текучести при растяжении σ.00,2, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твердость по Бринеллю, 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
Деформированный и 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 [6]**

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 [6].** Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях как сельской местности, так и городских про­мышленных районов. Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия и его сплавов. Алюми­ний практически не корродирует в дистиллированной и чистой пресной (естественной) воде даже при высоких температурах (до 180 °С). Действие пара на алюминий и его сплавы также незначи­тельно. Вода, содержащая примеси щелочей, резко повышает скорость коррозии алюминия. При ком­натной температуре скорость коррозии алюминия 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 в естественной (не загряз­ненной) морской воде. Сернокислые соли магния, натрия, алюминия, а также гипосульфит прак­тически не действуют на технический алюминий. Скорость коррозии алюминия возрастает в при­сутствии в воде солей ртути, меди или ионов хлора, разрушающих защитную оксидную пленку на алюминии. В концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре алюминий и его сплавы ус­тойчивы, но быстро разрушаются в разбавленных кислотах. Слабые растворы серной кислоты, концентрацией до 10%, при комнатной температуре незна­чительно влияют на технический алюминий, но с повышением концентрации и температуры ско­рость коррозии резко возрастает. В концентрированной серной кислоте алюминий практически устойчив. Соляная кислота быстро разрушает алюминий и его сплавы, особенно с повышением темпера­туры. Такое же действие на алюминий оказывают растворы плавиковой и бромистоводородной кислот. Слабые растворы фосфорной (менее 1%), хромовой (до 10%) и борной (при всех концен­трациях) кислот на алюминий и его сплавы действуют незначительно. Органические кислоты - уксусная, масляная, лимонная, винная, а также кислые (незагрязнен­ные) фруктовые соки, вино оказывают слабое действие на алюминий и его сплавы, за исключени­ем щавелевой и муравьиной кислот. Алюминий и его сплавы быстро разрушаются в растворах едких щелочей, однако в растворах аммиака они довольно стойки, особенно сплавы, содержащие магний. Амины на них действуют также незначительно. Следует отметить, что алюминий и однофазные сплавы на алюминиевой основе более стойки в коррозионном отношении, чем сплавы двухфазные и многофазные. **Влияние примесей на свойства алюминия.** На коррозионные, физические, механические и технологические свойства алюминия оказывают значительное влияние примеси различных эле­ментов. Так, например, большинство примесей снижают электропроводность алюминия (рис. 1.1). Основные примеси в алюминии - железо и кремний. Железо снижает коррозионную стойкость, электропроводность и пластичность алюминия, но несколько повышает его прочность. Диаграмма состояния системы Al-Fe, приведенная на рис. 1.2, показывает, что железо незначительно раство­ряется в алюминии в твердом состоянии. При температуре эвтектики (655°С) растворимость желе­за достигает 0,052% и с понижением температуры граница твердого раствора а резко сдвигается в сторону алюминия. Железо в алюминии присутствует в виде самостоятельной фазы Al3Fe. Железо - вредная примесь не только в алюминии, но и в сплавах алюминия с кремнием и магнием. Однако в жаропрочных алюминиевых сплавах железо (в сочетании с никелм) является полезной примесью. Обычная примесь в алюминии - кремний. В сплавах на алюминиевой основе кремний наряду с медью, магнием, цинком, а также марганцем, никелем и хромом вводится в качестве основного компонента. Образующиеся при этом соединения CuAl2, Mg2Si, CuMgAl2 и др. являются эффек­тивными упрочнителями алюминиевых сплавов. Из диаграммы состояния алюминий-кремний (рис. 1.3) видно, что при температуре эвтектики 577°С в алюминии растворяется до 1,65% кремния. С понижением температуры область твердого раствора α резко уменьшается. Примеси кальция и других элементов, присутствующих в стандартных марках алюминия в не­значительном количестве, не имеют практического значения. Небольшие добавки церия, натрия и титана оказывают существенное влияние на структуру и свойства определенных алюминиевых сплавов. Водород хорошо растворяется в алюминии и оказывает отрицательное влияние на его свойства, вызывая при литье пористость. Азот при высоких температурах вступает в реакцию с алюминием с образованием тугоплавкого соединения. **Токсикологические свойства алюминия [7]**. В соответствии с ГОСТом по степени воздейст­вия на организм человека алюминиевую пыль относят к III классу опасности. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) в воздухе пыли металлического алюминия и его оксидов состав­ляет 2 мг/м3. При постоянном вдыхании пыли металлического алюминия и его оксида может возникнуть алюминоз легких. Рабочие, подвергшиеся воздействию пыли, должны проходить периодически флюорографическое обследование. У рабочих, занятых в производстве алюминия, часты катары верхних дыхательных путей (рипиты, фарингиты). Наибольшую опасность для здоровья представляет процесс электролиза глинозема, протекаю­щий в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 950 °С. Электролиз расплавленных со­лей может сопровождаться выбросами большого количества фторидной пыли, фторсодержащих газов, а также паров и частиц битума-компонента анодной массы. Рабочим, занятым на этой опе­рации, также грозят ожоги кожи и глаз при попадании на них расплавленного металла. Во избежании несчастных случаев электролизные ванны необходимо надежно изолировать, рабочие должны иметь средства индивидуальной защиты:, противопылевые маски, очки,,, перчатки, фартуки, сапоги и т.д. В электролизных цехах должен регулярно проводиться контроль за содержанием пыли в воздухе.