Aluminium Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Das Wichtigste physikalische Eigenschaften von Aluminium und Aluminiumlegierungen, die für die Anwendung nützlich sind:

  • Dichte oder spezifisches Gewicht;
  • Schmelztemperatur;
  • Wärmeausdehnungskoeffizient;
  • Wärmeleitfähigkeit;
  • elektrische Leitfähigkeit.

Diese Eigenschaften von Aluminium sind unten in Tabellen dargestellt [1]. Sie können nur als Grundlage für den Vergleich von Legierungen und deren Zuständen dienen und sollten nicht für ingenieurtechnische Berechnungen verwendet werden.. Sie sind keine garantierten Werte., da es sich in den meisten Fällen um Durchschnittswerte für Produkte mit unterschiedlichen Größen handelt, Formen und Herstellungsverfahren. Daher können sie nicht genau für Produkte aller Größen und Formen repräsentativ sein..

Dichtebewertungen für gängige Aluminiumlegierungen basieren auf dem geglühten Zustand (O). Dichteunterschiede beziehen sich auf, dass Legierungen unterschiedliche Legierungselemente und in unterschiedlichen Mengen haben: Silizium und Magnesium sind leichter als Aluminium (2,33 und 1,74 g / cm²3), und Eisen, Mangan, Kupfer und Zink sind schwerer (7,87; 7,40; 8,96 und 7,13 g / cm²3).

Zum Einfluss der physikalischen Eigenschaften von Aluminium und, insbesondere, seine Dichte, zu den strukturellen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen siehe. Hier.

Physikalische Eigenschaften von Aluminiumknetlegierungen

Dichte von Aluminiumknetlegierungen

Aluminium als chemisches Element

  • Aluminium ist die dritthäufigste - nach Sauerstoff und Silizium - unter ca. 90 chemische Elemente, die in der Erdkruste vorkommt.
  • Unter den Metallelementen - er ist der Erste.
  • Dieses Metall hat viele vorteilhafte Eigenschaften., körperlich, mechanisch, technologisch – dank dessen es in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit weit verbreitet ist.
  • Aluminium ist ein formbares Metall, das eine silbrig-weiße Farbe hat und sich mit den meisten Umformverfahren leicht verarbeiten lässt:, Schleppen, Extrusion (Pressen), Schmieden.
  • Seine Dichte - spezifisches Gewicht - beträgt etwa 2,70 Gramm pro Kubikzentimeter.
  • Reines Aluminium schmilzt bei einer Temperatur 660 Grad Celsius.
  • Aluminium hat relativ hohe thermische und elektrische Leitfähigkeitskoeffizienten.
  • In Gegenwart von Sauerstoff ist es immer mit einer dünnen, unsichtbarer Oxidfilm. Dieser Film ist weitgehend undurchlässig und hat ziemlich hohe Schutzeigenschaften.. Daher weist Aluminium normalerweise unter normalen atmosphärischen Bedingungen Stabilität und lange Lebensdauer auf..

Kombination der Eigenschaften von Aluminium und seinen Legierungen

Aluminium und seine Legierungen haben einzigartige Kombinationen von physikalischen und anderen Eigenschaften. Dies hat Aluminium zu einem der vielseitigsten gemacht, kostengünstige und attraktive Bau- und Verbrauchsmaterialien. Aluminium wird in einem sehr breiten Spektrum eingesetzt - von weichen, sehr flexible Verpackungsfolie für anspruchsvollste Raumfahrtprojekte. Aluminium steht nach Stahl zu Recht an zweiter Stelle unter zahlreichen Konstruktionswerkstoffen.

Geringe Dichte

Aluminium ist eine der leichtesten industriellen Konstruktionen. Die Dichte von Aluminium ist etwa dreimal geringer, als Stahl oder Kupfer. Diese physikalische Eigenschaft verleiht ihm eine hohe spezifische Festigkeit - Festigkeit pro Masseneinheit.

Bild 1.1 – Volumen pro Gewichtseinheit von Aluminium im Vergleich zu anderen Metallen [3]

 

Bild 1.2 – Влияние легирующих элементов на
прочностные свойства, Härte,
хрупкость и пластичность [3]

Bild 1 – Прочность на единицу плотности алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Bild 2 – Кривые растяжения алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют в транспортном машиностроении для увеличения грузоподъемности транспортных средств и экономии топлива.

  • Паромные катамараны,
  • нефтяные танкеры и
  • самолеты –

вот лучшие примеры применения алюминия в транспорте.

Зависимость плотности алюминия от его чистоты и температуры
Bild 3 – Плотность алюминия в зависимости от его чистоты и температуры [2]

Korrosionsbeständigkeit

Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость благодаря тонкому слою оксида алюминия на его поверхности. Эта оксидная пленка мгновенно образуется, как только свежая поверхность алюминия входит в контакт с воздухом (рисунок 4). Во многих случаях это свойство позволяет применение алюминия без какой-либо специальной обработки поверхности. Если требуется дополнительное защитное или декоративное покрытие, то применяют анодирование или окраску его поверхности.

Коррозия алюминия через естественное оксидное покрытие
Bild 4
а – естественное оксидное покрытие на сверхчистом алюминии;
б – коррозия алюминия чистотой 99,5 % с естественным оксидным покрытием
в коорозионно агрессивной среде [2]

Bild 5.1 – Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]

Bild 5.2 – Точечная коррозия (питтинговая коррозия) алюминиевых листов
Legierung 3103 в различных коррозионных условиях [3]

Stärke

Прочностные свойства чистого алюминия являются довольно низкими (рисунок 6). Однако эти механические свойства могут возрастать очень сильно, если в алюминий добавляют легирующие элементы и, Außerdem, его подвергают термическому (рисунок 6) или деформационному (рисунок 7) упрочнению.

Типичными легирующими элементами являются:

  • Mangan,
  • Silizium,
  • Kupfer,
  • Magnesium
  • und Zink.

Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость
Bild 6 – Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость [2]

Прочностные свойства алюминиево-медных сплавов
Bild 7 – Прочностные свойства высокочистых деформируемых
алюминиево-медных сплавов в различных состояниях [2]
(О – отожженный, W – сразу после закалки, Т4 – естественно состаренный, Т6 – искусственно состаренный)

Зависимость механических свойств марки алюминия 99,50% от степени нагартовки Bild 8 – Mechanische Eigenschaften von Aluminium 99,50 %
в зависимости от степени полученной холодной деформации [2]

Bild 2 – Влияние легирующих элементов на плотность и модуль Юнга [3]

Прочность при низких температурах

Es ist bekannt, что сталь становится хрупкой при низких температурах. Алюминий же, напротив, при низких температурах повышает свою прочность и сохраняет высокую вязкость. Именно это физическое свойство дало возможность его применения в космических аппаратах, которые работают в условиях космического холода.

Изменение механических свойств алюминия при снижении температуры

Bild 9 – Изменение механические свойства алюминиевого сплава 6061
с понижением температуры

Теплопроводность

Алюминий проводит тепло в три раза быстрее, als Stahl. Это физическое свойство является очень важным в теплообменных аппаратах для нагрева или охлаждения рабочей среды. Отсюдаширокое применение алюминия и его сплавов в кухонной посуде, кондиционерах воздуха, примышленных и автомобильных теплообменниках.

Bild 10 – Теплопроводность алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Отражательная способность

Алюминий является отличным отражателем лучистой энергии во всем интервале длин волн. Это физическое свойство позволяет применять его в приборах, которые работают от ультрафиолетового спектра через видимый спектр до инфракрасного спектра и тепловых волн, а также таких электромагнитных волн, как радиоволны и радарные волны [1].

Алюминий имеет способность отражать более 80 % световых волн, что обеспечивает ему широкое применение в осветительных приборах (рисунок 11). Благодаря этому физическому свойству он находит применение в теплоизоляционных материалах. beispielsweise, алюминиевая кровля отражает большую долю солнечного излучения, что обеспечивает в помещениях прохладную атмосферу летом и, в то же время, сохраняет тепло помещения зимой.

Отражательные свойства алюминия
Bild 11 – Отражательные свойства алюминия [2]


Bild 12 – Отражательные свойства и эмиссивность алюминия с различной обработкой поверхности [3]


Bild 13 – Сравнение отражательных свойств различных металлов [3]

Электрические свойства

  • Алюминий является одним из двух доступных металлов, которые имеют достаточно высокую электрическую проводимость, чтобы применять их в качестве электрических проводников.
  • Электрическая проводимость «электрической» марки алюминия 1350 составляет около 62 % от международного стандарта IACS – электрической проводимости отожженной меди.
  • Однако удельный вес алюминия составляет только треть от удельного веса меди. Das heisst, что он проводит в два раза больше электричества, чем медь того же веса. Это физическое свойство обеспечивает алюминию широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), трансформаторах, электрических шинах и цоколях электрических лампочек.


Bild 14 – Электрические свойства алюминия [3]

Магнитные свойства

Алюминий обладает свойством не намагничиваться в электромагнитных полях. Это делает его полезным при защите оборудования от воздействия электромагнитных полей. Другим применением этого свойства является компьютерные диски и параболические антенны.


Bild 15 – Намагничиваемость алюминиевого сплава AlCu [3]

Токсические свойства

Это свойство алюминия – отсутствие токсичности – было обнаружено еще в начале его промышленного освоения. Именно это свойство алюминия дало возможность его применения для изготовления кухонной посуды и приборов без какого-либо вредного воздействия для тела человека. Алюминий со своей гладкой поверхностью легко поддается чистке, что важно для обеспечения высокой гигиены при приготовлении пищи. Alufolie и контейнеры широко и безопасно применяются при упаковке с прямым контактом с продуктами.

Звукоизоляционные свойства

Это свойство алюминия дает ему применение при выполнении звукоизоляции потолков.

Способность поглощать энергию удара

Алюминий имеет модуль упругости в три раза меньший, als Stahl. Это физическое свойство дает большое преимущество для изготовления автомобильных бамперов и других средств безопасности автомобилей.

Алюминиевые профили для поглощения энергии удара при аварии автомобиля

Bild 16 – Автомобильные алюминиевые профили
для поглощения энергии удара при аварии

Пожаробезопасные свойства

Алюминиевые детали не образует искр при ударе друг о друга, а также другие цветные металлы. Это физическое свойство находит применение при повышенных мерах пожарной безопасности конструкций, z.B, на морских нефтяных вышках.

Gleichzeitig, с повышением температуры выше 100 градусов Цельсия прочность алюминиевых сплавов значительно снижается (рисунок 17).

Bild 17 – Прочность при растяжении алюминиевого сплава 2014-Т6
при различных температурах испытания [3]

Technologische Eigenschaften

Легкость, с которой алюминий может быть переработан в любую формутехнологичность, является одним из наиболее важных его достоинств. Очень часто он может успешно конкурировать с более дешевыми материалами, которые намного труднее обрабатывать:

  • Этот металл может быть отлит любым методом, который известен металлургам-литейщикам.
  • Он может прокатан до любой толщины вплоть до фольги, которая тоньше листа бумаги.
  • Алюминиевые листы можно штамповать, вытягивать, высаживать и формовать всем известными методами обработки металлов давлением.
  • Алюминий можно ковать всеми методами ковки
  • Алюминиевая проволока, которую волочат из круглого прутка, может затем сплетаться в электрические кабели любого размера и типа.
  • Почти не существует ограничений формы профилей, в которые получают из этого металла методом экструзии (прессования).

Bild 18.1 – Литье алюминия в песчаную форму

Bild 18.2 – Непрерывная разливка-прокатка алюминиевой полосы [5]

Bild 18.3 – Операция высадки при изготовлении алюминиевых банок [4]

Bild 18.4 – Операция ковки алюминия

Bild 18.5 – Холодное волочение алюминия


Bild 18.6 – Прессование (экструзия) алюминия

Quellen:

  1. Aluminium und Aluminiumlegierungen. – ASM International, 1993.
  2. EIN. Sverdlin Properties of Pure Aluminum // Handbuch für Aluminium, Vol. 1 /ed. G.E. Totten, D.S. MacKenzie, 2003
  3. TALAT 1501
  4. TALAT 3710