2.8 Алюминий и его сплавы
Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660ºС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии.
Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).
Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.
Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.
Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный.
3. Кристаллическое строение металлов
Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядочено и образуют кристаллические решетки (рис. 1).
Рис. 1. Схемы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б – гранецентрированная; в – гексагональная плотноупакованная
Кристаллическая решетка представляет собой наименьший объем кристалла, дающий полное представление об атомной структуре металла, и носит название элементарной ячейки.
Для металлов характерны кристаллические решетки трех видов: кубическая объемно-центрированная (ОЦК), в которой атомы расположены по вершинам элементарной ячейки и один в ее центре (вольфрам W, молибден Mo, ванадий V, ниобий Nb, хром Cr и др., рис. 1а); кубическая гранецентрированная (ГЦК), в которой атомы расположены по вершинам элементарной ячейки и в центрах ее граней (медь Cu, никель Ni, серебро Ag, алюминий Al, платина Pt и др., рис.1б); гексагональная плотноупакованная (ГПУ), представляющая собой шестигранную призму, в которой атомы расположены в три слоя (магний Mg, лантан La, титан Ti, кадмий Cd и др., рис.1в).
Элементарные частицы в кристаллической решетке находятся во взаимодействии, определяемом их электронным строением. От характера этого взаимодействия зависят электрические, магнитные, тепловые и оптические свойства материала, его температура плавления и испарения, модуль упругости и другие свойства.
Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначают греческими буквами α, β, γ и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента (например, Feα, Feβ). Полиморфную модификацию при самой низкой температуре обозначают буквой α, при более высокой β и т.д.
Всем кристаллам присуща анизотропия, т.е. неравномерность свойств по направлениям, определяемая различными расстояниями между атомами в кристаллической решетке. Наиболее сильно анизотропия выражена у металлов, имеющих ассиметричное кристаллическое строение. В таких кристаллах в зависимости от направление существенно изменяются показатели физических свойств, прочностные характеристики, коэффициент теплопроводности и электропроводимости.
Аморфные тела обладают свойством изотропии, т.е. имеют одинаковые свойства во всех направлениях.