Свойства алюминия и применение его на железнодорожном транспорте

В своём эссе на тему «Свойства алюминия и области применения на железнодорожном транспорте» я хотел бы указать на особенность этого металла и его превосходство перед другими.

Алюминий — химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98 154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, tпл = 660 °C. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 3-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). По электропроводности алюминий — на 4-м месте, уступая лишь серебру (оно на первом месте), меди и золоту, что при дешевизне алюминия имеет огромное практическое значение. Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых. Его плотность равна всего 2,7*103 кг/м 3. Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от — 269 °C до точки плавления (660 °С). Теплопроводность составляет при 24 °C 2,37 ВтЧсм-1 ЧК-1. Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99%) при 20 °C составляет 2,6548Ч10−8 ОмЧм, или 65% электросопротивления международного эталона из отожжённой меди. Отражательная способность полированной поверхности составляет более 90%.

Документально зафиксированное открытие алюминия произошло в 1825. Впервые этот металл получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действии амальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлора через раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Мартином Холлом. Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920 г. В 1938 г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978 г. в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий — в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм. В последующие годы благодаря сравнительной простоте получения и привлекательным свойствам опубликовано много работ о свойствах алюминия. Чистый алюминий нашёл широкое применение в основном в электронике — от электролитических конденсаторов до вершины электронной инженерии — микропроцессоров; в криоэлектронике, криомагнетике. Более новыми способами получения чистого алюминия являются метод зонной очистки, кристаллизация из амальгам (сплавов алюминия со ртутью) и выделение из щёлочных растворов. Степень чистоты алюминия контролируется величиной электросопротивления при низких температурах.

Чистый алюминий — довольно мягкий металл — почти втрое мягче меди, поэтому даже сравнительно толстые алюминиевые пластинки и стержни легко согнуть, но, когда алюминий образует сплавы (их известно огромное множество), его твердость может возрасти в десятки раз.

Алюминий — один из самых распространенных и дешевых металлов. Без него трудно представить себе современную жизнь. Недаром алюминий называют металлом 20 века. Он хорошо поддается обработке: ковке, штамповке, прокату, волочению, прессованию. Чистый алюминий — довольно мягкий металл; из него делают электрические провода, детали конструкций, фольгу для пищевых продуктов, кухонную утварь и «серебряную» краску. Этот красивый и легкий металл широко используют в строительстве и авиационной технике.

В авиаи машиностроении, при изготовлении строительных конструкций, используют значительно более твердые сплавы алюминия, т.к. они обладают высокими прочностными характеристиками. Один из самых известных — сплав алюминия с медью и магнием (дуралюмин). Дуралюмины обладают хорошим сочетанием прочности и пластичности, но имеют при этом не высокую коррозионную стойкость. Типичным представителем дуралюмина является сплав Д16 содержащий 4,3% Сu.1.5% Mg.0.6% Mn. Этот сплав после закалки приобретает особую твёрдость и становится примерно в 7 раз прочнее чистого алюминия. В то же время он почти втрое легче железа. Широко распространены силумины — литейные сплавы алюминия с кремнием. Производятся также высокопрочные, криогенные (устойчивые к морозам) и жаропрочные сплавы.

Тяжелые условия эксплуатации подвижного состава железной дороги (длительный срок службы и способность выдерживать ударные нагрузки) выдвигают особые требования к конструкционным материалам.

Основные характеристики алюминия и его сплавов, раскрывающие целесообразность применения их в железнодорожном транспорте, высокая удельная прочность, небольшая сила инерции, коррозионная стойкость. Внедрение алюминиевых сплавов при изготовлении сварных емкостей повышает их долговечность при перевозке ряда продуктов химической и нефтехимической промышленности.

Алюминий и его сплавы используются при изготовлении кузова и рамы вагона. Для вагона рекомендованы свариваемые сплавы средней прочности марок АМг3, AMr5, Амг6 и 1915. Перспективными сплавами для рефрижераторных вагонов являются алюминиевые сплавы. В зависимости от продуктов химической промышленности выбирается марка свариваемого материала для котлов цистерны.

В США из свариваемых сплавов серии 6ххх, серии 5ххх и сплава 7005 изготавливают подвижной состав с получением оптимальных прочностных характеристик и высокой коррозионной стойкости сварных элементов.

Уже сейчас трудно найти отрасль промышленности, где бы ни использовался алюминий или его сплавы — от микроэлектроники до тяжёлой металлургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгкостью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечисленные и многие другие физические и химические свойства алюминия, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что алюминий — один из самых перспективных материалов будущего.

алюминий сплав металлургия кристаллизация Список литературы.

• 1. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Редакционная коллегия И. В. Горынин и др. Москва «Металлургия», 1978.
• 2. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справочник. Дж.Е. Хэтч. Москва, «Металлургия», 1989.
• 3. Алюминий. Н. Г. Ключников, А. Ф. Колодцев. Учпедгиз, 1958.
• 4. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов. 3-е изд., прераб. и доп. — М.: МИСиС, 1998.