Контрольная работа по оборудованию

Теоретический вопрос №7. Алюминий и его сплавы. Состав, классификация, свойства, применение.

Алюминий Аl — это серебристо-белый металл, легкий и легко¬плавкий, с высокой электро- и теплопроводностью и пластичностью. По удельной электропроводности он занимает третье место после серебра и меди. Его ρ = 2,8-10-8 Ом*м, Тпл = 657-660 °С, плотность 2,7 Мг/м3. Из-за высоких значений удельной теплоемко¬сти и теплоты плавления для нагрева от 20 °С до Тпл и расплавления алюминиевой проволоки требуется в 1,58 раза больше тепловой энергии, чем для нагрева от 20 °С до Тпл и расплавления та¬кой же массы медной проволоки. Преимущество алюминия как про¬водникового материала заключается в том, что он дешевле и более доступен, чем медь. Удельное сопротивление алюминия больше ρ меди в 1,63 раза, плотность - в 3,5 раза меньше. Поэтому два одина¬ковых по длине отрезка проволоки из алюминия и меди с одним и тем же сопротивлением окажутся разными по диаметру и массе. Не¬смотря на то, что диаметр алюминиевой проволоки примерно в 1,35 раза больше диаметра проволоки из меди, алюминиевая прово¬лока будет легче медной примерно в 2 раза. Это положение имеет немаловажное значение для облегчения веса электротехнических конструкций.

Присутствие в алюминии примеси существенно снижает его удельную электропроводность и изменяет механические свойства. При этом на удельную электропроводность алюминия влияет не только концентрация примеси, но и ее природа (рис. 1). Присут¬ствие в алюминии Ni, Si, Zn или Fe в количестве 0,5 % снижает удельную электропроводность на 2-3 %, присутствие в том же коли¬честве Сu, Ag или Mg снижает γ на 5-10 %, a Ti, Mn и V – на 40 % и более.


Благодаря высокой пластичности алюминий хорошо поддается прокатке и волочению, которые производят аналогично соответст¬вующим операциям для меди. При холодном волочении и прокатке в результате наклепа получают твердый алюминий (AT), который имеет повышенные значения предела прочности на разрыв, твердости и удельного сопротивления. Механические свойства и удельное сопро¬тивление наклепанного алюминия можно понизить путем рекристаллизационного отжига, проводимого при температуре 350-400 °С. После отжига получают мягкий (отожженный) алю¬миний (AM). Методом волочения или прокатки из алюминия, так же как из меди, получают проволоку (круглую диаметром от 0,08 до 10 мм, прямоугольную, сегментную или секторную) или пластины, лен¬ту и фольгу (толщиной до 5-7 мкм).

Электротехнические сплавы алюминия. В соответствии с ГОСТ 14838—78 для изготовления холоднотянутой электротехнической проволоки используют алюминий марки АД1 и алюминиевые дефор¬мируемые сплавы марок АМц, АМг2, АМг5П, Д1П, Д16П, Д18 и В65, где А обозначает алюминий, Мц — марганец, Мг — магний, Д — деформируемый сплав, П — сплав холодной высадки (разновид¬ность пластической деформации), В — высокопрочный деформируе¬мый сплав. Все эти сплавы имеют определенный химсостав и содер¬жат алюминия не менее ~92 %, легирующей примеси от 1,2 до 6,8 % и естественной контролируемой примеси (Fe, Si, Сu, Zn, Мn и Ti) от 0,75 до 1,75 %. В зависимости от марки сплава ρ изменяется от 0,02 до 0,0325 мкОмм и σв от 60 до 200 МПа.
Химические элементы, образующие с алюминием твердые рас¬творы, увеличивают механическую прочность, но снижают удельную электропроводность. Наиболее сильно снижают удельную электро-проводность Cr, Li, Mg, Nb, Ti, V, Мn, поэтому их количество в электротехнических алюминиевых сплавах должно быть ограничен¬ным. Железо также повышает механическую прочность сплавов, но при этом мало влияет на их удельную электропроводность, так как не входит в твердый раствор, а присутствует в алюминии в виде дис¬персных частиц.
Многие электротехнические сплавы алюминия содержат желе¬зо Fe и отличаются друг от друга различным его содержанием. Остальные элементы в этих сплавах представлены на более низ¬ком уровне.