Чем отличается магний от алюминия?

Чем отличается магний от алюминия?

§ 12. Алюминий и магний

Алюминий. Этот металл был впервые открыт Велером в 1827 г. В промышленность он вошел с 1845 г. Алюминий — самый распространенный металл в природе, он составляет 7,45% всей земной коры. В количественном отношении он уступает только кислороду (49,5%) и кремнию (25,7%). Однако алюминий до сих пор не найден в чистом (самородном) состоянии. Он входит в состав глины, полевых шпатов, слюды и многих других минералов. Он добывается из боксита — руды, представляющей собой глину, содержащую до 40-70% окиси алюминия.

В настоящее время алюминий получается путем электролиза в специальных ваннах, где процесс протекает при высоких температурах (до 950°С); при этом алюминий получается в жидком, расплавленном состоянии. Еще недавно алюминий ценился очень высоко. Было время, когда его применяли в ювелирном деле как очень дорогой и редкий металл; кольцо, например, сделанное из алюминия ценилось дороже золотого.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета; он мягкий, пластичный, хорошо тянется и прокатывается в холодном состоянии. Его плотность 2,7 (т. е. он в три раза легче меди и в четыре раза легче серебра). На воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления (коррозии). Благодаря постоянно присутствующей оксидной пленке алюминий трудно поддается пайке и сварке, так как температура плавления окиси алюминия намного выше температуры плавления самого алюминия (температура ее плавления около 2050°С). Температура плавления алюминия 660°С, он кипит при 1650°С. Алюминий легко растворяется в едких щелочах. Серная и азотная кислоты его медленно разъедают; в соляной кислоте он бурно растворяется; механической обработке (резанию) поддается хорошо; хорошо тянется в проволоку и прокатывается в листы. Особенно тонкие листы (фольгу) можно получить прокаткой при температуре 430°С.

Чистый алюминий не обладает достаточными литейными свойствами, однако его сплавы, например силумин, имеют очень хорошие литейные свойства. Он жидкотекуч и его усадка не превышает 1,75%. Технический алюминий (различной степени чистоты от 96,5 до 99,7%) выпускается в виде листов, труб, фольги, проволоки, прутков, а также уголка, таврика и полосы.

Прочность чистого алюминия сравнительно невелика, но при легировании его различными добавками прочность может быть значительно повышена. Основными компонентами в сплавах, резко изменяющими свойства алюминия, являются кремний, медь, магний, цинк, а также железо, никель, марганец и хром, которые добавляются для повышения их прочности.

В настоящее время производится много различных алюминиевых сплавов. Они делятся на две группы:

1. деформируемые сплавы для обработки их механическими способами;
2. литейные сплавы, предназначенные для литья.

Художественные изделия из алюминиевых сплавов, как литейных, так и деформируемых, хорошо полируются до зеркального блеска, напоминающего никелированные поверхности. Они достаточно устойчивы и декоративны в полированном состоянии. Чистый алюминий устойчив против коррозии, а все виды сплавов менее устойчивы.

В настоящее время алюминий и его сплавы получают все большее применение в самых различных отраслях производства художественных изделий из металла. Его используют наряду с чугуном для крупных литых архитектурных деталей и скульптур, для различных предметов убранства интерьеров, которые теперь заменяют бронзовые украшения. Кроме того, алюминий применяется в ювелирном производстве, где он стал заменять серебро и золото.

На рис. 11 изображена алюминиевая литая медаль «Москва».

Рис. 11. Медаль ‘Москва’, литье из вторичного алюминия. Автор Рябов, 1977 г. МВХПУ

Магний. Этот металл по своему внешнему виду очень похож на алюминий. Магний -самый легкий металл, имеющий промышленное значение. Его плотность 1,74; температура плавления 650°С. По своим свойствам он значительно отличается от алюминия: он менее пластичен, его окисная пленка менее прочна, пориста и он легко корродирует. Магний устойчив к едким щелочам, но растворяется в кислотах. Он весьма распространен в природе — около 2,25% всей земной коры. Сырьевое значение в металлургии магния имеют углекислые (магнезит) и хлористые (бишофит) соединения магния.

В качестве сырья для получения магния используются также отходы, остающиеся при выварке поваренной соли. Впервые магний как химическое вещество был получен в 1808 г. (а металлический магний — в 1830 г.), т. е. до открытия алюминия. Магний обладает большой активностью к кислороду — он легко самовозгорается и горит с ярким белым свечением.

Магний в чистом виде применяется только в пиротехнике и при фотографировании для получения световых эффектов; Как конструкционный материал он применения не имеет из-за своих низких механических свойств. В основном магний идет для приготовления легких сплавов. Магниевые сплавы, подобно алюминиевым, разделяются на литейные и деформируемые.

Литейные сплавы состоят из магния, алюминия и марганца, иногда к ним добавляется цинк. В последнее время применяются также добавки меди и кадмия. При нагревании свыше 700°С магний легко окисляется и воспламеняется, поэтому при изготовлении сплавов применяются флюсы, защищающие раскаленные сплавы от соприкосновения с воздухом. Состав флюсов сложен — это хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов в различных соотношениях.

Деформируемые сплавы — сплавы, обрабатываемые механическими способами, по химическому составу незначительно отличаются от литейных. Они обычно имеют те же добавки, но в меньших количествах. Эти сплавы применяются для штамповки, прессования и прокатки. Они обрабатываются в нагретом до 300-400°С состоянии. Сплавы способны закаливаться с охлаждением на воздухе.

В области художественной промышленности магниевые сплавы только начинают применяться для изготовления промышленных изделий, предназначенных для интерьера. Следует отметить, что отливки из магниевых сплавов очень хорошо меднятся и латунируются гальваническим способом и после соответствующей отделки они весьма декоративны. Особым достоинством магниевых сплавов для художественных изделий является их малый вес — они почти в четыре раза легче бронзы, что очень существенно при изготовлении крупных изделий.

Разница между алюминием и магнием

В ключевое отличие между алюминием и магнием заключается в том, что алюминий — коррозионно-стойкий металл, а магний — нет. Магний и алюминий — два химических элемента, которые мы можем отнести к метал

Содержание:

• Что такое алюминий?
• Что такое магний?
• В чем разница между алюминием и магнием?
• Резюме — Алюминий против магния

В ключевое отличие между алюминием и магнием заключается в том, что алюминий — коррозионно-стойкий металл, а магний — нет.

Магний и алюминий — два химических элемента, которые мы можем отнести к металлам в периодической таблице. Оба являются природными металлами в различных минеральных формах. Эти химические элементы находят множество применений в качестве металлов благодаря их благоприятным свойствам.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое алюминий
3. Что такое магний
4. Параллельное сравнение — алюминий и магний в табличной форме
5. Резюме

Что такое алюминий?

Алюминий или Al является элементом группы 3 и периода 3 и имеет атомный номер 13. Электронная конфигурация Al составляет 1 с. 2 2 с 2 2p 6 3 с 2 3p 1 . Более того, это серебристо-белое твердое вещество, и это самый распространенный металл в земной коре. Не растворяется в воде при комнатной температуре.

Кроме того, атомная масса алюминия составляет 27 г моль. -1 , и это легкий, прочный металл. Его нелегко загореться. Кроме того, поскольку этот металл слишком реакционноспособен, чтобы оставаться в свободной форме, естественно, он встречается в минеральных формах. Кроме того, основным алюминийсодержащим минералом является боксит. Крупные бокситовые руды находятся в Австралии, Бразилии, Ямайке и Гвинее. Кроме того, алюминий находится в минеральных формах, таких как криолит, берилл, гранат и т. Д.

Из-за низкой плотности и устойчивости к коррозии производители в основном используют алюминий в производстве автомобилей и других транспортных средств, строительстве, красках, для предметов домашнего обихода, упаковки и т. Д.

Что такое магний?

Магний — 12-й элемент периодической таблицы. Он находится в группе щелочноземельных металлов и 3-го периода. Мы можем обозначить этот металл как Mg. Магний — одна из самых распространенных молекул на Земле. Это важный элемент макроуровня для растений и животных.

Магний имеет электронную конфигурацию 1 с. 2 2 с 2 2p 6 3 с 2 . Поскольку на самой внешней орбитали находятся два электрона, магний любит отдавать этот электрон другому, более электроотрицательному атому и образовывать ион с зарядом +2. Атомный вес Mg составляет около 24 г моль. -1 , и это легкий металл, но прочный металл.

Природа

Кроме того, это твердое кристаллическое вещество серебристого цвета. Но он очень реактивен с кислородом; таким образом, образует слой оксида магния (MgO) при контакте с обычным воздухом, который имеет темный цвет. И этот слой MgO действует как защитный слой. Поэтому, естественно, мы не можем найти этот металл в чистом виде. Когда мы сжигаем свободный металлический магний, он дает характерное искристое белое пламя.

Кроме того, этот металл хорошо растворяется в воде и реагирует с водой при комнатной температуре, выделяя пузырьки газообразного водорода. Кроме того, он также хорошо реагирует с большинством кислот и производит MgCl.₂ и H₂ газ. Магний в основном содержится в морской воде и таких минералах, как доломит, магнезит, карналлит, тальк и т. Д. Мы можем извлечь этот металл из морской воды, добавив гидроксид кальция. Образует гидроксид магния. Здесь нам нужно отфильтровать осажденный гидроксид магния, а затем заставить его прореагировать с HCl с образованием MgCl.₂ очередной раз. После этого, используя электролиз хлорида магния, мы можем отделить металл на катоде.

Что еще более важно, магний полезен в органических реакциях (реактив Гриньяра) и во многих других лабораторных реакциях. Кроме того, соединения Mg включаются в пищу, удобрения и питательные среды, поскольку он является важным элементом для роста и развития организмов.

В чем разница между алюминием и магнием?

Алюминий — это металл с атомным номером 13 и химическим символом Al, а магний — это металл с атомным номером 12 и химическим символом Mg. Ключевое различие между алюминием и магнием заключается в том, что алюминий является коррозионно-стойким металлом, а магний — нет. Кроме того, у алюминия есть три валентных электрона. Таким образом, он образует катион +3, в то время как магний имеет два валентных электрона и может образовывать катион металла +2. Следовательно, это еще одно различие между алюминием и магнием.

Дополнительное различие между алюминием и магнием заключается в том, что алюминий не растворяется в воде при комнатной температуре, тогда как магний хорошо растворяется в воде и реагирует с водой при комнатной температуре. Кроме того, алюминий не так легко воспламеняется, а магний воспламеняется.

Дополнительные различия приведены в таблице в инфографике о разнице между алюминием и магнием.

Резюме — Алюминий против магния

Магний и алюминий — это металлы, которые имеют несколько схожий внешний вид. Однако это два разных металла. Ключевое различие между алюминием и магнием заключается в том, что алюминий является коррозионно-стойким металлом, а магний — нет.

Магний: конструкционный металл легче алюминия

Свойства магния и его применение

• Магний имеет самую низкую плотность (1,738 г/см 3 ) из всех конструкционных металлов: примерно две трети от плотности алюминия и одна четверть от плотности стали.
• Магниевые сплавы имеют довольно умеренные пределы прочности при растяжении – в интервале от 140 до 345 МПа – и модуль упругости всего 45 ГПа.
• Благодаря малой плотности магниевые сплавы имеют высокие значения удельной прочности (предел прочности/плотность) и удельный модуль упругости (модуль упругости/плотность) по сравнению с другими конструкционными металлами.

Подавляющая часть производимого в мире магния идет на легирование алюминиевых сплавов и только около 15 % – на конструкционные изделия, в основном в виде отливок. Магний и его сплавы применяются в виде деталей автомобилей, в том числе, колесных дисков, элементов промышленного оборудования, кухонного оборудования, деталей компьютеров и мобильных телефонов и, даже, лестниц [1].

Магний легко поддается литью, механической обработке и сварке. Он обладает относительно высокой электрической и тепловой проводимостью. Магниевые сплавы имеют очень хорошую способность к поглощению механической энергии: магниевые отливки находят применение в качестве изделий для работы в условиях высоких вибраций.

Коррозия магния

Многие годы одним из главных недостатков магниевых сплавов являлась коррозия. Магний занимает самую высокую анодную позицию в гальванической серии. Поэтому, как показано, на рисунке 1, может подвергаться сильной коррозии.

Рисунок 1 – Сильно корродированная магниевая деталь [1]

Проблемы магния с коррозией происходят из-за сильного влияния примесных элементов, таких как, железо, никель и медь. Рисунок 2 показывает, как сильно влияет содержание железа в магнии на его подверженность коррозии. Однако применение высокочистых магниевых сплавов приводит к достижению уровня коррозионной стойкости, близкой к тому, который имеют конкурирующие алюминиевые литейные сплавы (рисунок 3).

Рисунок 2 – Влияние содержания железа в магнии
на его коррозионную стойкость [1]

Рисунок 3 – Сравнение коррозионной стойкости
литейных алюминиевых и магниевых сплавов [1]

Металлургия магния

Кристаллическая структура и свойства

Чистый магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру, которая ограничивает скольжение при комнатной температуре по основным плоскостям. При комнатной температуре магниевые сплавы легко поддаются нагартовке со значительным снижением пластических свойств. При повышенных температурах становятся рабочими дополнительные плоскости скольжения и поэтому деформируемые магниевые сплавы обрабатывают формовкой при температурах выше 200 ºС, обычно в интервале от 345 до 510 ºС в зависимости от сплава.

В ходе механической деформации в деформируемых сплавах образуется кристаллографическая текстура, что приводит к анизотропии механических свойств. Например, катаный лист с пределом прочности при растяжении 220 МПа и 2 % относительного удлинения, которые замерены параллельно направлению прокатки, могут показывать более высокие механические свойства (например, соответственно, 260 МПа и 8 %) при измерении их перпендикулярно направлению прокатки.

Кроме того, предел текучести при сжатии для изделий, полученных методами обработки металлов давлением, составляет только около 40-70 % от предела текучести при растяжении. В ходе горячей обработки отдельные кристаллы деформируются непосредственно по основным плоскостям скольжения и эти основные плоскости скольжения разворачиваются так, что они становятся ориентированными параллельно направлению деформационной обработки. Такое расположение зерен приводит к снижению прочности при сжатии. Поскольку в отливках такая текстура не образуется, то предел текучести при сжатии отливок примерно равен пределу текучести при растяжении. По этой причине, а также из-за того, что изделия из деформируемых сплавов имеют более высокую стоимость, чем аналогичные алюминиевые изделия, отливки из магниевых сплавов применяются намного шире, чем другие виды магниевых изделий.

Добавки алюминия, цинка и циркония

Магний имеет весьма низкую температуру плавления (650 ºC), что повышает его подверженность к ползучести при повышенных температурах. Однако, путем усовершенствованных методов легирования стойкость магниевых сплавов к ползучести может быть значительно повышена. Самыми важными легирующими добавками для магния являются алюминий, цинк и цирконий. Алюминий обеспечивает упрочнение за счет создания в магнии твердого раствора и расширения интервала затвердевания, что делает сплав более удобным для литья. При добавлении алюминия в магний его прочность постоянно возрастает до достижения содержания алюминия 10 %, но пик относительного удлинения возникает примерно при 3 % алюминия:

• Магниевые сплавы с 3 % алюминия имеют максимальную пластичность
• Магниевые сплавы с 9 % алюминия обладают максимальной прочностью.
• Магниевые сплавы с 6 % алюминия обладают лучшей комбинацией прочности и пластичности.

Цинк ведет себя аналогично алюминию:

• Пластичность достигает максимума при добавках цинка в количестве 3 %
• Хорошее сочетание прочности и пластичности достигается при 5 % цинка.

Однако цинк является причиной горячего растрескивания, если его содержание превышает 1 % в сплавах с содержанием алюминия от 7 до 10 %. Цинк, кроме этого, повышает коррозионную стойкость при комбинировании с вредными примесями железом и никелем. Цинк также применяют совместно с цирконием, редкоземельным элементом, или торием для получения термически упрочняемых магниевых сплавов.

Марганец и кремний

Для повышения коррозионной стойкости магниевых сплавов Mg-Al и Mg-Al-Zn применяют добавки марганца для удаления железа за счет образования безвредных интерметаллических соединений. Количество марганца, которое может быть добавлено, ограничено 1,5 % из-за его низкой растворимости в магнии.

Кремний значительно повышает текучесть расплавленного магния, увеличивая, тем самым, его способность к литью. Однако в присутствии железа кремний снижает коррозионную стойкость магния. Кремний также обеспечивает повышение стойкости к ползучести.

Цирконий – измельчитель зерна

Цирконий является мощным измельчителем зерна, как это показано на рисунке 4. Однако цирконий нельзя применять в комбинации с алюминием или марганцем, так как он образует хрупкие интерметаллические соединения, которые «уничтожают» пластичность. Выдающаяся эффективность циркония в измельчении зерна литого магния может быть объяснена сильной схожестью кристаллической структуры и параметров атомной решетки этих двух элементов.

Рисунок 4 – Измельчение зерен магния цирконием [1]

Цирконий является такой важной легирующей добавкой, что была разработана целая серия магниево-циркониевых сплавов без присутствия в них алюминия. Циркониевые добавки обычно держат ниже 0,8 %, так как при более высоких концентрациях он легко образует соединения с железом, алюминием, кремнием, углеродом, кислородом и азотом, а также реагирует с водородом в виде гидрида, который является не растворимым в магнии.

Железо и никель

Элементы железо и никель являются вредными примесями, которые значительно снижают коррозионную стойкость. Медь также часто рассматривается, вместе с железом и никелем, как загрязнение, но в некоторых магниевых сплавах она применяется как легирующий элемент. Железо является самым проблемным из этих трех, так как никель и медь более легко контролировать путем выбора степени чистоты исходных материалов. Железо контролируют путем добавок MnCl₂ в расплав в ходе литья.

Деформируемые и литейные сплавы

Хотя магниевые сплавы производят как в виде деформируемых, так и литейных сплавов, но литейные сплавы применяют намного более широко. Некоторые из деформируемых сплавов упрочняются путем холодной деформации, тогда как другие – путем термической обработки c упрочнением по механизму старения.

Литейные сплавы применяются в различных состояниях: литейном, отожженном или состаренном. Эти сплавы сами по себе обычно подразделяются на два класса: сплавы с алюминием и сплавы с цирконием. Пределы текучести при растяжении магниевых сплавов обычно находятся в интервале от 70 до 345 МПа, пределы прочности – от 140 до 380 МПа, а относительное удлинение от 1 до 15 %.

Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, 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:

1. Прокаткой, если необходимо получить листы и фольгу.
2. Прессованием, если нужно получить профили, трубы и прутки.
3. Формовкой, чтобы получить сложные формы полуфабрикатов.
4. 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/м 3 .
• 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 — 37·10 6 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

Применение алюминия

Ювелирные изделия

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.

Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия

В земной коре его много -0,63%.

Лишь три технически важных металла – алюминий, железо и магний распространены больше, чем титан. количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы ( меди, цинка, свинца, серебра, золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, никеля , олова, сурьмы) вместе взятых.

Коррозионную прочность титана можно сравнить только с серебром и золотом. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следов коррозии. На его поверхности легко образуется окисная пленка — поэтому высокая коррозионная стойкость.

Ему нипочем океанские глубины, межпланетный вакуум, сверхнизкие температуры космического пространства, жар аэродинамического нагрева.

Титан можно обрабатывать давлением и резанием, сваривать в среде аргона. изготавливать детали литьем, обработка резанием его затруднена.

Титан имеет очень высокую удельную прочность.

* Широкое применение титана сдерживается его высокой стоимостью, которая обусловлена сложностью извлечения его из руд.

* В отличие от многих металлов титан обладает значительным электросопротивлением.если электропроводность серебра принять за 100%. меди 94%, алюминия 60%, железо 15%, титана -3,8%. Это свойство очень важно для радиоэлектроники и электротехники.

Поставляется титан в виде листов, труб, прутков, поковок, штамповок.

Технический титан изготавливается 3-х марок:

* ВТ1-00 ( 99,53% Т )

* ВТ1-0 ( 99,48% Т )

* ВТ1-1 ( 99,44% Т )

Вредными примесями для титана являются : азот, углерод, кислород и водород, они снижают пластичность и свариваемость, повышают твердость, ухудшают сопротивление коррозии.

Технический титан имеет: σ = 300-500 МПА

δ= 20-30%

Чем больше примесей,тем больше прочность и меньше пластичность титана.

Сплавы на основе титана

Для получения сплавов титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, железом, ниобием и др.

Удельная прочность титановых сплавов выше, чем у легированных сталей.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения титана.

* Так, алюминий, кислород, азот — повышают температуру и расширяют — область. их называют -стабилизаторами.

* Молибден, ванадий, марганец, хром, железо —понижают температуру полиморфного превращения. их называют стабилизаторами.

Все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

Титан и его сплавы

В соответствии со структурой различают следующие сплавы титана:

1. α-сплавы .Структура их α— твердые растворы л.э. в титане. основной легирующий элемент — алюминий.

ВТ5 —5% алюминия σв = 750-900 Мпа δ =10%

2. α + β -сплавы.Структура их — α иβ твердые растворы. кроме алюминия. они содержат 2-4% стабилизаторов

ВТ6( 6% алюминия, 4% ванадия) σв =900-1070Мпа δ =6-9%

3. β -сплавыструктура их β — твердый раствор. Содержат большое количество стабилизаторов.

ВТ32( 2% алюминия, 8% молибдена, 8% ванадия ,1% хрома, 1% железа )

σв = 800-900 Мпа δ =6-15%

Термическая обработка титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости от состава и назначения можно подвергать:

* -закалке и старению

* Титан и альфа сплавы титанане подвергаются упрочняющей термообработке, их подвергают рекристаллизационному отжигу от температуры 650 -850°, это обеспечивает повышение пластичности.

* альфа +бетта сплавы титанамогут быть упрочнены закалкой с последующим старением. при быстром охлаждении протекает сдвиговое мартенситное превращение. мартенсит здесь- пересыщенный твердый раствор легирующего элемента в альфа-титане. Температура закалки 750-950 °

Для увеличения износостойкости сплавы титана азотируют.

Применение титановых сплавов

Титановые сплавы как высокопрочные конструкционные материалы широко применяют с следующих областях:

* Авиации и ракетостроении — это корпуса двигателей, обшивки самолетов, баллоны для газов, сопла, диски и лопатки турбин, детали крепежа фюзеляжа. В самолете ТУ 154 несколько тысяч важнейших деталей сделано из сплавов титана

* Морское и речное судостроение — гребные винты, обшивки подводных лодок. судов, торпед

* Химической промышленности — оборудование для таких сред как хлор, кислоты, вентили для агрессивных жидкостей и т.п.

* Криогенной технике

* Сплавы титана обладают эффектом памяти — нитинол — сплавы титана с никелем. Изделие можно изогнуть. скрутить, а потом выпрямить. При нагреве оно воспроизведет свою форму.

Несмотря на то, что сплавы дороги, применение их в промышленности экономически выгодно, так. корпус химического реактора из нержавеющей стали служит 6 месяцев, а из сплавов титана — 10 лет

змеевик медный оцинкованный служит 10 месяцев, а титановый — 10 лет

Применяют и биметаллы сталь- титан

Магний и его сплавы

Магний также, как и алюминий и титан относится к материалам с малой плотностью.

Магний — металл серебристо-белого цвета, (под действием окисления поверхность магния тускнеет и становится матовой) не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованную гексагональную решетку.

* Плотность магния — 1,7 г/смз

* Магний в 1,5 раза легче алюминия, в 4,5 раза — железа, в 5 раз легче.

* Температура плавления магния — 651 °С

Магний обладает способностью легко воспламеняться. Вспыхивая, магний ярким светом, выделяя большое количество тепла.Поэтому магний находит широкое применение в пиротехнике, в военном деле при производстве сигнальных ракет, зажигательных бомб.

Магний нельзя гасить водой, т.к. будет взрыв.

* Легкая воспламеняемость магния способствовала тому, что многие считают, что изделия из магния опасны в пожарном отношении. Это не так.

* Магниевая пыль, стружка, порошок — они действительно опасны, а изделия, слитки — не опасны. чем больше масса, тем тепло быстрее растекается по всей массе материала. Магний имеет очень хорошую теплопроводность.

* Магний плохо сопротивляется коррозии — деталь толщиной 3 см будет полностью «съедена» морем за 3 месяца. Поэтому магний и его сплавы нужно защищать от коррозии.

Магний и его сплавы

Литой магний имеет σв =120Мпа δ =5% 30НВ

Деформированный σв = 250 Мпа δ=10% 50НВ

Технический магний выпускается 3-х марок:

* МГ90 ( 99,9% магния)

* МГ95 (99,95 %)

* МГ96 (99,96%)

Магний может быть использован в химической промышленности, в металлургии как раскислитель, легирующий элемент и т.п.

Как конструкционный материал чистый магний не применяется, а для этой цели используются сплавы магния

Сплавы магния

Достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. σв = 250-400 Мпа. По степени прочности на единицу своего веса они превосходят легированные стали и композиции на основе алюминия, уступая в этом лишь титановым сплавам

Поэтому сплавы магния употребляются для изготовления наиболее металлоемких деталей двигателя, корпуса компрессоров, коробок скоростей, корпуса приборов. В самолетах типа Ту154 насчитывается более 2-х тонн деталей из магниевых сплавов.

Магниевые сплавы очень хорошо поглощают вибрацию

Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз выше, чем у лучших алюминиевых сплавов, в 20 раз лучше, чем у алюминиевых сплавов

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием

Они обладают высокой хладностойкостью. От внезапного похолодания внезапно разрушаются многие конструкции- мосты. магистральные трубопроводы. суда. при морозе сталь делается хрупкой, хладноломкой.

Основным легирующим элементом в магниевых сплавах является алюминий ( до 10%) затем цинк (5-6%), марганец (до 2,5%)

По технологическому признаку сплавы магния можно разделить на 2 группы:

* -литейные —МЛ

* —деформированные –МД

Литейные магниевые сплавы — МЛ5,МЛ6,МЛ10 , в их составе магний, алюминий, цинк.

Высокие литейные свойства, применяют для нагруженных крупногабаритных изделий, корпуса, конструкции в автомобилях — особенно гоночных. приборостроении.

Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2 —изготавливаются в виде горячекатанных листов, прутков, профилей, поковок, штамповок.

Сплавы, имеющие гексагональную решетку низкопластичны, поэтому ОМД ведут при повышенных температурах.

Химический состав их близок к литейным.

МА1 имеет σв =210Мпа

Лекция 16

«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»

Древние философы разделили весь мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Но человек создал еще и четвертое — царство искусственных материалов и, пожалуй, самым удивительным изобретением человека стали пластмассы.

Представьте, что из окружающего нас мира исчезли бы пластмассы.

Тогда не стало бы не только привычных вещей в нашем доме, но и космических полетов, сверхзвуковых самолетов, глубоководных батискафов, современных телевизоров, всякого рода бытовых мелочей — полиэтиленовых мешочков, крышей — всего не перечислишь. Просто говоря, без пластмасс техника и наш быт вернулись бы в начало двадцатого века.

О значении пластмасс в развитии материального производства красноречиво говорит тот факт, что уже в 60-е годы мировой объем производства пластмасс значительно превысил выпуск цветных металлов.

Сейчас пластмассы не просто с успехом заменяют многие металлы, но и сами стали незаменимыми материалами во многих самых различных отраслях техники, пищевой промышленности, строительстве. сельском хозяйстве и т.п.