Магний: конструкционный металл легче алюминия

Литейные алюминиевые сплавы

Основными легирующими элементами литейных алюминиевых сплавов являются магний, медь и кремний. Они дают качественное изменение природы алюминиевых сплавов. В сплавах Al-Cu, Al-Mg и Al-Mg-Si образуются интерметаллиды, а сплавах Al-Si – эвтектика. Интерметаллиды, особенно в сочетании с эвтектикой, дают возможность применения различных методов термического упрочнения. Другие легирующие элементы – вспомогательные и модифицирующие – применяют в значительно меньших количествах для улучшения заданных механических и физических свойств сплавов.

Сплавы на основе алюминия и магния. Свойства и области применения

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, легко сваривается среди аргона, но плохо поддается резке. На воздухе быстро окисляется, покрывается тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что обеспечивает защиту от коррозии. В чистом виде алюминий практически не используется. Для повышения прочностных характеристик алюминий легируют различными металлами и не металлами (медь, магний, кремний, железо, титан и т.д.) деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, проволоки, фасонных профилей, методами штамповки, прессовки, ковки.

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластичность в нагретом состоянии, а литейные хорошую жидкотекучесть. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легируюшие элементы и в неодинаковом количестве.

Среди неупрочняемыхалюминиевых сплавов наибольшее значение приобрели сплавы на основе AI-Мn и AI-Mg. Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную растворимость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры.

Применение Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды. Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде. Алюминий в большом объёме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей.

Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. Алюминий также широко применяется в машиностроении, т.к. обладает хорошими физическими качествами.

Магний. Добавка магния значительно повышает прочность без снижения пластичности, повышает свариваемость и

увеличивает коррозионную стойкость сплава. Магналий тверже и прочнее чистого алюминия, легче последнего обрабатывается и полируется

Магниевые сплавы.Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе от коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием — хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию.

Окись магния используют в производстве цементов, огнеупорного кирпича, в резиновой промышленности. Перекись магния («новозон») применяют для отбелки тканей

Оксид и соли магния применяется в медицине (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния, минерал бишофит).для лечения опорно-двигательного аппарата, нервной и сердечно-сосудистой систем

Бензин. Требования, свойства, маркировка.

Бензин- это сложная смесь легких ароматических, нафтеновых, парафиновых углеводородов и их производных числом углеродных атомов от 4 — 10 и средней молекулярной массой около 100.

· имеет высокие карбюрационные свойства т.е. образует такую горючую смесь которая обеспечивает легкий пуск двигателя и устойчивую работ) при всех возможных режимах

· не вызывает детонации двигателя Т.е. имеет достаточную детонационную стойкость

· обеспечивает полное сгорание, не вызывает смоло и нагарообразования двигателя

· обладает высокой стабильностью Т.е. при длительном хранении перекачках и транспортировке состав и свойства бензина остаются без существенных изменений

· — при хранении не вызывает коррозии металла в резервуаре баков, а при сгорании деталей двигателя от действия продуктов сгорания

· теплота продуктов сгорания горючей смеси должна быть мах возможной

Испаряемость.от испаряемости бензина зависят возможность и быстрота запуска двигателя, надежность его работы в данных климатических условиях, расход и потери бензина при транспортировании, хранению и перекачке. Испаряемость ­эксплуатационное свойство, не менее важное для бензина, чем его антидетонационная характеристика, которая строго регламентируется стандартами.

Окисляемость. Склонность автомобильного бензина к окислению оценивается такими показателями, как кислотность, фактические смолы, индукционный период. Его окисляемость зависит от доступа кислорода воздуха, температуры, химического состава бензина и контакта с металлами, катализирующими его окисление. Окисляемость составляющих бензина сильно различается. Наиболее подвержены окислению гетероатомные соединения, за которыми следуют ненасыщенные углеводороды. При длительном хранении автомобильного бензина окислительному распаду с образованием нерастворимой фазы подвергается и тетраэтилсвинец, содержащийся в нем. Автомобильные бензины стабилизируют антиокислительными присадками (ингибиторами окисления).

Сплавы алюминий-магний

Алюминиево-магниевые сплавы являются однофазными бинарными сплавами с уровнем прочности от среднего до высокого и хорошими вязкими свойствами. То, что они являются однофазными, означает, что они не способны повышать свою прочность в результате термической обработки.

Главная особенность этих Al-Mg сплавов состоит в их высокой коррозионной стойкости, в том числе, в морской воде и морской атмосфере. Самая высокая коррозионная стойкость достигается при минимуме примесей – и твердых, и газообразных. Поэтому эти сплавы изготавливают из высококачественных металлов и с особенной тщательностью при его выплавке и разливке. Эти сплавы хорошо свариваются и часто применяются в строительстве для декоративной отделки. Алюминиево-магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и имеют привлекательный вид после анодирования.

Система магний-алюминий

Вследствие того что сплавы магния с алюминием представляют собой основу значительного числа высокопрочных технически важных магниевых сплавов, систему Mg—Al изучали интенсивно. Основные факторы, обусловливающие образование этих сплавов, уже рассмотрены ранее; здесь мы напомним лишь, что объемный фактор алюминия относительно магния находится на границе благоприятной зоны. Именно это обусловливает более резкое снижение кривой солидуса в области диаграммы равновесия, богатой магнием, по сравнению с соответствующими кривыми солидуса для сплавов Mg—In и Mg—Tl. Отсюда и меньший предел растворимости алюминия в магнии. Резкое понижение растворимости алюминия в магнии в твердом состоянии с понижением температуры также свидетельствует о существенном различии атомных размеров этих элементов. Все сказанное справедливо и для сплавов данной системы, богатых алюминием.
На рис. 161 приведена диаграмма равновесия системы Mg—Al, построенная по данным большого числа экспериментальных работ. Кривая ликвидуса, которую можно считать установленной достаточно точно, построена по данным работ, перечисленных в ссылке. Co стороны магния кривая плавно снижается вплоть до эвтектики при 32,3% вес. (30,07% атомн.) Al, тогда как со стороны алюминия кривая ликвидуса плавно снижается до эвтектики при 65% вес. (62,6% атомн.) Al. Данные различных исследователей в части кривой ликвидуса между этими двумя эвтектическими точками отличаются между собой. На рис. 161 приведена наиболее вероятная кривая ликвидуса, построенная по данным опубликованной недавно работы, которая будет подробно рассмотрена ниже. Согласно этим данным, кривая ликвидуса от эвтектической точки при 437° С повышается до 462° С в точке, соответствующей 45,4—46% вес. (42,84—43,43% атомн.) Al; в этой точке кривые ликвидуса и солидуса соприкасаются. Далее кривая ликвидуса медленно понижается до эвтектической точки при 450,5° С, соответствующей 60,7% вес. (68,20% атомн.) Al. При дальнейшем увеличении содержания алюминия кривая проходит через небольшой максимум, прежде чем при 460° C достичь эвтектики, богатой алюминием. Неудивительно поэтому, что разными исследователями в этой области были получены различные результаты.

Кривые солидуса также известны достаточно точно; в частности, хорошо совпадают данные кривой солидуса со стороны магния, полученные исследователями при помощи различных методов. Кривая пересекает эвтектическую горизонталь (437° С) при 12,6% вес. (11,50% атомн.) Al.

Критическое рассмотрение работ указывает, что растворимость алюминия в магнии в твердом состоянии с понижением температуры постепенно уменьшается, достигая при комнатной температуре 2,1 % вес. (1,90% атомн.) Al, как показано на рис. 161. Эта кривая установлена с точностью от ±0,2 до ±0,3; кривая солидуса со стороны алюминия и кривая растворимости магния в алюминии в твердом состоянии также установлены достаточно точно.

В дальнейшем Хансен и Гейлер подтвердили существование этой промежуточной фазы с максимумом на кривой ликвидуса; положение максимума, однако, установлено лишь приближенно в области от 45 до 50% вес. Al, так как не ясно, точно ли соответствует он составу Mg4Al3. Авторы пришли к выводу, что интервал затвердевания при этом составе составляет приблизительно 5° С. Согласно их данным, кривые ликвидуса и солидуса соприкасаются в точке, соответствующей составу Mg3Al2. Поскольку, однако, точка затвердевания для этого состава ниже, чем для состава Mg4Al3, и поскольку кривая ликвидуса понижается в сторону эвтектики, богатой магнием, такой вывод кажется неверным с точки зрения термодинамики.

Хансен и Гейлер показали также, что в системе имеется вторая промежуточная фаза с узкой областью гомогенности по обе стороны от состава Mg2Al3, также отвечающая слабому максимуму на кривой ликвидуса. Несмотря на трудности проведения металлографического анализа, авторы показали, что при температурах, близких к точке плавления, эта промежуточная фаза занимает область от 40 до приблизительно 57% вес. (37,54— 55,44% атомн.) Al. Фаза, богатая алюминием и имеющая узкую область гомогенности, была обозначена через р, а фаза предполагаемого состава Mg4Al3 или Mg3Al2 — через у. Эти обозначения использованы и при построении диаграммы равновесия, показанной на рис. 161.

Последующие исследования показали, что в действительности система Mg—Al более сложна. Так, Каваками на основе металлографического исследования сплавов, содержащих от 42 до 62% вес. (39,50—63,63% атомн.) Al, показал, что в системе Mg—Al еще имеется и третья промежуточная фаза (рис. 162), обозначенная им через К. К-фаза образуется при 455° С по пери-тектической реакции между жидкостью и у-фазой; она перитектически реагирует с жидкостью, образуя при 450° С в-фазу. Согласно Каваками, К-фаза имеет сравнительно заметную область гомогенности лишь выше 430° С, ниже этой температуры она существует в области 54,2—54,6% вес (51,61—52,01% атомн.) Al. Граница фазы со стороны алюминия при температурах выше 430 С почти точно совпадает с границей у/(у + в), предложенной Хансеном и Гейлером. Хотя Каваками установил наличие К-фазы по данным металлографического и рентгеновского анализа, следует отметить, что больше никто из исследователей не обнаружил перитектическую реакцию, связанную с образованием этой фазы.

Кёстер и Дулленкорф предположили, что поскольку К-фаза была обнаружена после отжига сплавов, возможно, что диаграмма, предложенная Каваками, соответствует стабильному равновесию, тогда как диаграмма, не содержащая К-фазы, соответствует метастабильному состоянию сплавов. Это предположение было подтверждено результатами исследования двух медленно охлажденных из расплава сплавов соответствующего состава, но содержащих небольшие добавки цинка. В одном случае (53,5% Al, 43,5% Mg, 3% Zn) было обнаружено, что первичные кристаллы у-фазы окружены оболочкой, представляющей собой, по-видимому, К-фазу, которая окружена в-фазой. В сплаве, содержащем 57,5% Al, 37,6% Mg и 5% Zn, обнаружены только у- и в-фазы.

В дальнейшем Ридерер, исследовавший отожженные и закаленные сплавы, предварительно быстро охлажденные из жидкого состояния, не обнаружил в них К-фазы. Автор подтвердил правильность диаграммы равновесия системы Mg—Al, построенной Хансеном и Гейлером и содержащей в- и у-фазы. Однако после очень медленного охлаждения сплава, содержащего приблизительно 55% Al и незначительное количество цинка, Ридерер металлографически обнаружил фазу, отличную от у-фазы. В дальнейшем эта же фаза была обнаружена им и в сплаве, не содержащем цинка. При последующем отжиге зерна новой фазы, которая была отнесена автором к К-фазе, росли за счет у-фазы. Поскольку К-фаза не наблюдалась в отожженных после закалки образцах и поскольку, появившись однажды, она осталась стабильной, Ридерер пришел к выводу о том, что эта фаза может образоваться только непосредственно из расплава. Им также рентгенографически были исследованы все промежуточные фазы и показано, что p-фаза имеет гексагональную структуру (впоследствии Перлита, опроверг этот вывод), у-фаза изоморфна с а-Мn и содержит 68 атомов в элементарной ячейке, а К-фаза характеризуется сложной дифракционной картиной, не поддающейся расшифровке.

В дальнейшем Лавее и Мюллер пришли к выводу о том, что в системе Mg—Al имеется и четвертая промежуточная фаза. Сплавы, содержащие от 47,6 до 52,6% вес. (45,02—50,01% атомн.) Al и закаленные из жидкого состояния, содержат у-фазу, которая была установлена как металлографически, так и рентгенографически (типа a-Mn). В сплаве, содержащем 53,6% вес. (51,0% атомн.) Al, металлографически было обнаружено незначительное количество другой фазы, которую можно назвать у’-фазой. Она протравливалась почти также, как и у-фаза, но оказалась очень анизотропной в поляризованном свете. С увеличением содержания алюминия доля этой фазы в сплавах возрастала и в области от 56,6 до 57,5% вес. (54,03—54,94% атомн.) Al она наблюдалась в чистом виде. При 60% вес. (57,48% атомн.) Al появились следы в-фазы.

Исходя из аналогии составов, можно заключить, что у’-фазу Лавеса и Мюллера следует идентифицировать с К-фазой Каваками. Однако после трехдневного отжига при 300° С было обнаружено новое явление. Оплавы, содержащие от 61,6 до 52,6% вес. (49,0—50,01% атомн.) Al, которые, по данным Каваками, должны при 300° С состоять из у- и Х-фаз, содержали только у- и p-фазы. Аналогично, в сплавах, которые после закалки из жидкого состояния должны были содержать гомогенную К(у’)-фазу, эта фаза после отжига при 300° (С не была обнаружена. Зато приблизительно в равных количествах наблюдались в- и у-фазы, а также незначительное количество третьей металлографически различимой фазы, которую можно обозначить через в’.

Таким образом, ясно, что К- или у’-фаза не стабильны при 300° С. Природа в’-фазы, однако, не ясна. Все сплавы, содержащие от 64,6 до 60% вес. (52,02—57,48% атомн.) Al и отожженные при 300° С, содержали три фазы в, у и в’. С целью проверки предположения о том, что в’-фаза может представлять собой переходную фазу, образованную в процессе разложения К(у’) на а и у, и должна исчезнуть при дальнейшем нагреве, был проведен длительный отжиг при 300° С в течение девяти дней. В результате такой термической обработки количество в’-фазы в сплаве увеличивается. Лавес и Мюллер не получили эту фазу в чистом виде, но поскольку при 58,5% вес. (55,96% атомн.) Al было обнаружено только незначительное количество у-фазы, авторы предположили, что в’-фаза имеет узкую область гомогенности вблизи 595% вес. (56,92% атомн.) AL В дальнейшем было показано, что в’-фаза исчезает в результате отжига сплава при 300° С и затем при 400° С.

Следовательно, при некоторой температуре в области от 300 до 400° С происходит переход в’ — в+у, тогда как при некоторой температуре между линией солидуса и 300°С К (у’)-фаза становится нестабильной относительно в’.

Хотя этот участок диаграммы равновесия нельзя считать окончательно установленным, Лавес и Мюллер указали, что наиболее вероятен тот вид диаграммы равновесия системы Mg—Al, который соответствует показанному на рис. 163. Они нашли, что детали наблюдаемых эффектов в значительной степени зависят от примесей и, в частности, нашли, что в’-фаза до некоторой степени стабилизируется в присутствии незначительного количества цинка. Авторы показали, что у’-фаза имеет кристаллическую решетку деформированного а-Mn и, следовательно, структуры у- и у’-фаз очень близки. Рентгенограмма в’-фазы оказалась идентичной рентгенограмме К-фазы Ридерера. Таким образом, ясно, что Ридерер не получил ту же фазу, что Каваками, а обнаружил впервые в’-фазу, не уточнив, однако, температурный интервал существования этой фазы, который находится между 300 и 400° С.

Из рассмотренного следует, что центральная часть диаграммы равновесия системы Mg—Аl достаточно сложная. Значительную ясность в этот вопрос внесла работа Курнакова и Михеевой. В трех работах, посвященных этой системе, авторы показали, что можно наблюдать определенные температурные остановки при нагревании сплавов, содержащих от 49 до 59% вес. (46,41—56,47% атомн.) Al, и что эти остановки изменяются с составом таким образом, как показано пунктирной кривой на рис. 161. Этот термический эффект означает превращение в твердом состоянии, и плавное изменение температуры с изменением состава согласуется с существованием двухфазного поля в этой области составов между у-фазой и предполагаемой К-фазой.

Таким образом, наиболее «вероятен вид диаграммы равновесия, включающий у-фазу, которая доходит до 59% вес. (56,47% атомн.) Al при температуре перехода жидкость — в+у-эвтектика (480,6°С). Это значение близко к границе существования К-фазы со стороны алюминия, кристаллическая структура которой представляет собой искаженную структуру у-фазы.

Наиболее вероятно, что в рассматриваемой средней части диаграммы равновесия при высоких температурах существуют только в- и у-фазы. у-фаза имеет несколько большую область гомогенности, чем это предполагалось, и переходит в неупорядоченную форму вблизи границы области гомогенности со стороны алюминия, Этот переход, согласно данным Курнакова и Михеевой, связан с заметным изменением направления границы у/(у+в) фаз. Об этом свидетельствует и термическая остановка в области (в+у), обнаруженная, но не рассмотренная Хансеном и Гейлер. Следует отметить также, что максимум температуры превращения в твердом состоянии для у-фазы лежит вблизи состава AlMg.

Наличие в’-фазы в сплавах, медленно охлажденных или закаленных «от температур 370—390° С, был подтвержден «Курниковым и Михеевой. Авторы показали, что при введения в сплав цинка в’-фаза может оказаться достаточно стабильной. Она кристаллизуется в этом «случае непосредственно из расплава. Отсюда было высказано предположение, что в бинарных сплавах эта фаза является метастабильной составляющей. Металлографические исследования, однако, указывают, что в’-фаза может «быть и стабильной составляющей бинарной системы (ввиду недостаточной ясности этого вопроса на диаграмме «равновесия рис. 161 она показана пунктирной линией).

B заключение можно «отметить, что диаграмма равновесия системы Mg—Al, приведенная на рис. 161, по-видимому, лучше всего «отражает несколько противоречивые экспериментальные данные, полученные многими исследователями. Наиболее вероятно, что К-фаза Каваками в системе отсутствует; металлографические данные, полученные Лавесом и Мюллером для наиболее высокотемпературной фазы, скорее всего обусловлены эффектами травления, связанными с превращением в пределах у-фазы.

Периоды решетки первичного твердого раствора алюминия в магнии были рассмотрены выше. Интересно рассмотреть результаты ренгеновского исследования промежуточных фаз. Хотя, согласно данным работ, в-фаза имеет гексагональную структуру, изоморфную с Cu4Cd3, более вероятно, что она обладает очень сложной структурой. Кристаллическая структура (С-фазы неизвестна; ясно лишь, что рентгенограмма этой фазы сложна.

Как уже указывалось, у-фаза имеет кристаллическую структуру типа а-Мn. Согласно Ридареру, который подтвердил данные Лaвeca и др., период решетки у-фазы изменяется линейно от 10,45 А при 52,7% Al до 10,56 А при 40,5% Al. Из рис. 161 видно, что эти значения периодов отвечают границам фазы соответственно со стороны алюминия и магния.

Делингер, исходя из подобия структур у-фазы и а-Мn, пришел к выводу, что данная фаза скорее всего основана на соединении, идеальный состав которого Mg17Al12; элементарная; ячейка в этом случае содержит две «молекулы».

Пельцель измерил плотности сплавов Mg—Al в твердом, и жидком состояниях с целью определения сжатия при затвердевании и изменения удельного объема при образовании сплава, из исходных элементов. Автор нашел, что в сплавах Mg—Al уменьшение объема при затвердевании, составляющее 3,97%, для чистого магния, возрастает с увеличением содержания алюминия вплоть до 32% Al. Далее сжатие несколько уменьшается вблизи состава Mg17Al12 и снова увеличивается при дальнейшей добавке алюминия. Полученные значения приведены в табл. 21.

Более важные данные о сжатии, наблюдаемом при образовании сплавов, т. е. о разнице между наблюдаемыми удельными объемами и рассчитанными по правилу смешения. В табл. 21 приведены эти значения сжатий, а также линейные коэффициенты расширения, полученные при измерениях в твердом состоянии.

Интересно отметить, что как в твердом, так и в жидком состояниях наибольшее сжатие наблюдаются в области составов, соответствующей двум основным интерметаллическим соединениям. )В соединении Mg17Al12 наиболее вероятен гетерополярный характер связей и, по-видимому, аналогичное явление имеет место и в соединении Mg2Al3. С этой точки зрения (т. е. исходя из взаимодействия между атомами компонентов) становится ясным наблюдаемое уменьшение удельных объемов. Интересно отметить также, что характер изменения сжатия с составом почти аналогичен характеру изменения теплоты смешения или образования сплавов, так что факторы, которые обусловливают сжатие, ответственны также и за термохимические эффекты.

Уменьшение удельного объема в значительной степени и в жидком состоянии свидетельствует о наличии взаимодействия между атомами компонентов не только в твердом, но и в жидком состоянии.

Сплавы трудные для литья

По сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами все сплавы алюминия с магнием имеют значительно больше проблем при разливке. Они требуют более тщательного проектирования литейных форм и более высокие градиенты температур при затвердевании для получения хороших отливок.

При литье этих сплавов нужно учитывать их повышенную склонность к окислению при плавлении. Это важно еще и потому, что для многих изделий из этих сплавов требуется высокое качество поверхности и дефекты, связанные с оксидами, крайне нежелательны.

Сферы применения алюминиевых сплавов

Сферы применения алюминия и его сплавов:

1. Столовые приборы. Посуда из алюминия, вилки, ложки и емкости для хранения жидкостей популярны до сих пор.
2. Пищевая промышленность. Этот металл используется в качестве добавки к пище. Его обозначение в составе продуктов — E Он является пищевой добавкой с помощью которой красят кондитерские изделия или защищают продукты от плесени.
3. Ракетостроение. Алюминий используется при изготовлении топлива для запуска ракет.
4. Военная промышленность. Приемлемая цена и малая удельная масса сделала этот металл популярным при производстве деталей для стрелкового оружия.
5. Стекловарение. Этот материал используется при изготовлении зеркал. Связано это с его высоким коэффициентом отражения.
6. Ювелирные изделия. Раньше украшения из алюминия были очень популярны. Однако постепенно его вытеснило серебро и золото.

Благодаря высокому показателю электропроводности этот металл используется для изготовления проводов и радиодеталей. В плане проводимости электрического тока, алюминий уступает только меди и серебру.

Нельзя забывать про небольшую удельную массу материала. Алюминий считается одним из самых лёгких видов металла. Благодаря этому он используется для изготовления корпусов для самолётов и машин. Углубляясь в эту тему, можно сказать о том, что весь самолёт состоит минимум на 50% из этого металла.

Также этот металл содержится в организме человека. Если этого компонента не хватает, замедляются процессы роста и регенерации тканей. Человек чувствует усталость, могут появляться мышечные боли и повышенная сонливость. Однако чаще возникают ситуации, когда этого компонента больше нормы в организме. Из-за этого человек становится раздражительным и нервным. В случае переизбытка требуется отказаться от косметики с добавлением алюминия и медицинских препаратов с его содержанием в составе.
Смеси с алюминием распространены в разных сферах промышленности. Связано это с тем, что этот металл входит в топ-5 самых распространённых в мире. В природе он содержится в различных рудах. На производстве слабые показатели этого металла увеличиваются с помощью добавления других компонентов. Так можно поднять устойчивость к коррозийным процессам, прочность, температуру плавления.

Литейный алюминиевый сплав 514.0

Формула сплава: 4Mg

Химический состав:

• медь: 0,15 % макс;
• магний: 3,5-4,5 %;
• марганец: 0,35 % макс.;
• кремний: 0,35 % макс.;
• железо: 0,50 % макс.
• цинк: 0,15 % макс.;
• титан: 0,25 % макс.;
• другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 145 МПа;
• предел текучести: 95 МПа;
• относительное удлинение: 3 %;
• коэффициент Пуассона: 0,33;
• модуль упругости: 71,0 ГПа.

Физические свойства:

• плотность: 2,65 г/см3;
• температура ликвидус: 630 ºС;
• температура солидус: 585 ºС.

Технологические свойства:

• температура плавления: от 675 до 815 ºС;
• температура разливки: от 675 до 790 ºС;
• сплав для сварки – 4043.

Литейный алюминиевый сплав 518.0

Формула сплава: 8Mg

Химический состав:

• медь: 0,25 % макс;
• магний: 7,5-8,5 %;
• марганец: 0,35 % макс.;
• кремний: 0,35 % макс.;
• железо: 1,8 % макс.;
• никель: 0,15 % макс.;
• цинк: 0,15 % макс.;
• олово: 0,15 % макс.;
• другие: сумма 0,25 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 310 МПа;
• предел текучести: 190 МПа;
• относительное удлинение: 5-8 %.

Физические свойства:

• плотность: 2,57 г/см3;
• температура ликвидус: 620 ºС;
• температура солидус: 535 ºС.

Литейный алюминиевый сплав 520.0

Формула сплава: 10Mg

Химический состав:

• медь: 0,25 % макс;
• магний: 9,5-10,6 %;
• марганец: 0,15 % макс.;
• кремний: 0,25 % макс.;
• железо: 0,30 % макс.;
• цинк: 0,15 % макс.;
• титан: 0,25 % макс.;
• другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 330 МПа;
• предел текучести: 180 МПа;
• относительное удлинение: 16 %.

Физические свойства:

• плотность: 2,57 г/см3;
• температура ликвидус: 605 ºС;
• температура солидус: 450 ºС.

Слитки магния для легирования алюминиевых сплавов

Магний – брат алюминия

Магний во многом похож на алюминий. Плотность магния при 20 °C составляет 1,74 г/см³ – он плавает в жидком алюминии (плотность жидкого алюминия – 2,4 г/см³). Температуры плавления алюминия и магния почти одинаковые: у магния – 650 °C, у алюминия 99,5 % – 657 °C. Поэтому магний прямо загружают в плавильную печь, в отличие, например, от кремния. Чистый кремний имеет высокую температуру плавления, 1415 °C. По этой причине кремний вводят в алюминиевый расплав обычно в составе силумина с содержанием кремния около 12 %. Такой эвтектический алюминиевый сплав Al-Si плавятся при температуре всего лишь около 577 °C.

Фазовая диаграмма алюминий-магний

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Есть ли металлы легче алюминия?

Развитие производства полимерных и композиционных материалов отнюдь не отодвигает легкие металлы на второй план. Объем их производства продолжает расти, особенно это относится к алюминию и его сплавам. Но есть и «более другие» легкие металлы и сплавы.

Самые легкие

— все щелочные металлы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Но в промышленности из них в качестве легкого материала применяют только литий, да и то в сплавах.

Литий

— самый легкий из металлов, он почти вдвое легче воды. Но, к сожалению, в чистом виде применить его в качестве конструкционного материала невозможно — он слишком активен, вступает во взаимодействие и с водой, и с воздухом. А вот в сплавах, например, с алюминием, — пожалуйста.

Современные алюмо-литиевые сплавы по многим параметрам превосходят традиционные сплавы, и в ряде случаев конкурируют с пластмассами, упрочненными волокнами. Необходимую вязкость таких сплавов обеспечивают введением в них легирующих элементов — марганца, циркония и меди, соответствующей технологией изготовления материала, приводящей к образованию мелкозернистой структуры, а также применением термомеханической обработки, влияющей на равномерность выделения дисперсных фаз.

Благодаря этому достигают необходимой комбинации прочности и вязкости, что при малой плотности и высокой жесткости позволяет рассматривать алюмо-литиевые сплавы как наиболее перспективный материал для легких конструкций.

Алюмо-литиевые сплавы интересны для авиакосмической промышленности. Это вызвано тем, что добавка лития одновременно повышает модуль упругости и понижает плотность сплава, тем самым способствуя уменьшению массы конструкций.

Из щелочноземельных металлов в конструкционных материалах используют только магний и бериллий. Кальций и стронций, несмотря на то, что они легче алюминия, практически не используют.

Сплавы магния многочисленны и делятся на две группы: литейные и деформируемые.

Благодаря низкой плотности и высокой удельной прочности их используют в авиакосмической технике в качестве конструкционных материалов. Магний придает им легкость — магниевые сплавы на треть легче алюминия.

Около пятой части выплавляемого магния используют в автомобилестроении.

Магний

предпочтителен и при изготовлении композитов с металлической матрицей. Расплавленный алюминий, например, реагирует с армирующими волокнами карбида кремния, образуя карбид алюминия. Магний в отношении этих волокон инертен.

Бериллий

одновременно относится и к легким, и к редким металлам, а следовательно, и к дорогим. Но основной недостаток этого металла, препятствующий его применению в технике, — высокая токсичность.

Еще один отрицательный фактор — хрупкость бериллия. Однако плюсов у него значительно больше.

Бериллий — один из наиболее легких металлов. Он в 1,5 раза легче алюминия и в 4 раза легче нержавеющей стали. По модулю упругости он превосходит и сталь, и титан, и алюминий. Важно, что его прочностные свойства не утрачиваются вплоть до температуры 800 градусов.

Несмотря на высокую стоимость и токсичность, бериллий используют там, где он незаменим. Так, в США из него были изготовлены панели серии космических кораблей «Аджена», части антенны на спутнике связи «Тэксэт-1» и отражатель ядерного ракетного двигателя «Нерва-1».

Алюминий находится в третьей группе элементов. Других металлов легче алюминия в этой группе нет. В четвертой группе легче алюминия только кремний. Но значение его столь велико, что он заслуживает отдельной статьи.

Подведем итоги. Металлов легче алюминия много, больше десятка. Но не все из них, увы, могут его заменить или дополнить.

Однако все меняется…

Теги: творческая мысль, польза, физика, интересный факт, металл, химия