Методическая разработка занятия по учебной дисциплины общепрофессионального цикла ОП.03. ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ по теме " Алюминий и его сплавы"
методическая разработка на тему

Слайд 1

Выполнил: Давыденко Владислав, Бортников Александр студенты группы 40 / 41

Слайд 2

СОДЕРЖАНИЕ Название Al Al в земной коре Открытие Al Физические свойства Химические свойства Механические свойства Технологические свойства Область применения Al и его сплавов Влияние Al на организм человека Сварка A l

Слайд 3

АЛЮМИНИЙ Алюми́ний — химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Обозначается символом Al. Относится к группе лёгких металлов. Название алюминия происходит от латинского alumen (род.падеж aluminis). Так называли квасцы, двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO4)2·12H2O), которые использовали как протраву при крашении тканей. Простое вещество алюминий — мягкий легкий серебристо-белый металл.

Слайд 4

« В тринадцатой квартире Живу, известный в мире Как проводник прекрасный. Пластичен, серебрист. Еще по части сплавов Завоевал я славу. И в этом деле я специалист. Вот мчусь я словно ветер, В космической ракете. Спускаясь в бездну моря, там знают все меня. По внешности я видный, Хоть пленкою оксидной Покрыт, она мне - прочная броня. Я мягкий, легкий, ковкий, Сверкаю в упаковке, Обернуты конфеты блестящею фольгой

Слайд 5

АЛЮМИНИЙ В ЗЕМНОЙ КОРЕ По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов (после кислорода (O) и кремния (Si)), на его долю приходится около 8,8% массы земной коры. Алюминий входит в огромное число минералов, главным образом, алюмосиликатов, и горных пород. Бокситы — Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3) Корунд — Al2O3 Полевой шпат (ортоклаз) K2O×Al2O3×6SiO2 Каолинит — Al2O3×2SiO2 × 2H2O Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3

Слайд 6

Замечательные драгоценные камни – соединения алюминия Гранат Сапфир Рубин \ Топаз Берилл

Слайд 7

ОТКРЫТИЕ АЛЮМИНИЯ Впервые Al был получен датским физиком Эрстедом Х. в 1825 г. Название элемента происходит от лат. алюмен, так в древности называли квасцы, которые использовали для крашения тканей (KAl(SO4)2 . 12H2O). Позже в 1827 г. немецкий химик Фридрих Велер получил алюминий следующим способом: AlCl3+3K t 3KCl + Al Фридрих Вёлер (1800-1882).

Слайд 8

СТРОЕНИЕ АЛЮМИНИЯ Связь - металлическая Кристаллическая решетка - кубическая гранецентрированная

Слайд 9

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Металл серебристо-белого цвета, лёгкий плотность — 2,7 г/см³ температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C удельная теплота плавления — 390 кДж/кг температура кипения — 2500 °C удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу Слабый парамагнетик.

Слайд 10

Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·106 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10−6 К−1 (20…200 °C). Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7·10−8K−1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Слайд 11

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Al – активный металл. На воздухе всегда покрыт пленкой Al 2 O 3 . Поэтому при обычных условиях не вступает во взаимодействие с другими веществами. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

Слайд 12

Легко реагирует с простыми веществами: с кислородом, образуя оксид алюминия: 4 Al + 3O2 = 2Al2O3 с галогенами (кроме фтора)[8], образуя хлорид, бромид или иодид алюминия: 2 Al + 3Hal2 = 2AlHal3 (Hal = Cl, Br, I) со фтором, образуя фторид алюминия: 2 Al + 3F2 = 2AlF3 с серой, образуя сульфид алюминия: 2 Al + 3S = Al2S3 с азотом, образуя нитрид алюминия: 2 Al + N2 = 2AlN с углеродом, образуя карбид алюминия: 4 Al + 3 С = Al4 С3

Слайд 13

Со сложными веществами: с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи): 2 Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2­ со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов): 2 Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2­ 6NaOH + 2Al = 2Na3AlO3 + 3H2 Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах: 2 Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2­ 2Al + 3H2SO4( разб) = Al2(SO4)3 + 3H2 При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия: 8 Al + 15H2SO4( конц) = 4 Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O Al + 6HNO3( конц) = Al(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия): 8 Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe 2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

Слайд 14

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ Механические свойства алюминия в значительной степени зависят от количества примесей в алюминии, его предварительной механической обработки (наклеп, отжиг и пр.) и температуры. С увеличением содержания примесей прочностные свойства алюминия растут, а пластичность уменьшается, причем эти свойства проявляются даже при изменении чистоты алюминия от 99,5 до 99,00 %.

Слайд 15

Основные механические свойства алюминия характеризуются следующими показателями: модуль упругости (или модуль Юнга) Е — отношение приложенного усилия к линейной деформации в пределах упругого участка растяжения. Для алюминия чистотой 99,25 % при комнатной температуре он равен 710 МН/м2, а для алюминия чистотой 99,98 % — только 670 МН/м2; сжимаемость алюминия характеризуется изменением объема при высоком давлении (V) к объему при давлении окружающей среды (V0)- Данные V/VQ для алюминия чистотой 99,999 % приведены ниже: - предел прочности ав - напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке перед разрушением, при комнатной температуре для алюминия чистотой 99,99 % составляет 4,5; 99,8 % - 6,3; 99,7 % - 6,7; 99,6 % - 0,7 МН/м2; относительное удлинение характеризует пластичность алюминия и при комнатной температуре для алюминия чистотой 99,5 % составляет 45 %, а при чистоте алюминия 99,99 % — 61 %, увеличиваясь при температуре 427 °С до 131 %.

Слайд 16

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Высокая пластичность алюминия позволяет производить фольгу (толщиной до 0.004 мм), изделия глубокой вытяжкой, использовать его для заклепок. Алюминий технической чистоты при высоких температурах проявляет хрупкость. Обрабатываемость резанием очень низкая. Температура рекристаллизационного отжига 350-400 С, температура отпуска – 150 С. Свариваемость. Трудности сварки алюминия обусловлены 1) наличием прочной инертной окисной пленки, 2) высокой теплопроводности. Тем не менее алюминий считается хорошо свариваемым металлом. Сварной шов имеет прочность основного металла (в отожженном состоянии) и такие же коррозионные свойства.

Слайд 17

Рейтинг мест по производству алюминия в мире Китай (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т), 2. Россия (3,96/ 4,20 ), Канада (3,09/ 3,10 ), 4. США (2,55/ 2,64 ).

Слайд 18

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ Обладая такими свойствами, как малая плотность, высокая теплопроводность и низкое электрическое сопротивление, высокая пластичность и коррозионная стойкость, достаточно высокие прочностные свойства (особенно в сплавах), и многими другими ценными качествами, алюминий получил исключительно широкое распространение в различных отраслях современной техники и играет важнейшую роль среди всех цветных металлов. Он во многих случаях с успехом заменяет другие металлы — медь, свинец, цинк и нередко используется вместо стали. Его широкому внедрению способствует наиболее низкая стоимость среди всех цветных металлов, и поэтому мировое производство алюминия неизменно растет и в настоящее время превышает 20 млн т в год, уступая только стали. Чистый технический алюминий используется в электротехнике в качестве проводникового материала и для производства фольги. Основная часть алюминия применяется в виде литейных и деформируемых сплавов и сравнительно небольшое количество алюминия — в виде порошков. За последние десятилетия алюминий нашел широкое применение в машиностроении, производстве строительных конструкций, в химической, атомной и пищевой промышленности в качестве упаковочного материала.

Слайд 19

Марки алюминия Алюминий (не менее) 99.85 99.8 99.7 99.7 99.7 99.6 99.5 99.5 99.0 Примеси, не более Железо 0.08 0.12 0.16 0.20 0.20 0.25 0.30 0.35 0.50 Медь 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 Кремний 0.06 0.10 0.15 0.08 0.10 0.18 0.25 0.10 0.50 Цинк 0.02 0.04 0.04 0.04 0.03 0.05 0.06 0.04 0.08 Tитан 0.008 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.015 0.02 Сумма примесей 0.15 0.20 0.30 0.30 0.30 0.40 0.50 0.50 1.0

Слайд 20

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Сплав Многие детали космических ракет делают из дюралюминия . Из алюминиевых сплавов изготовляют корпуса судов, палубные надстройки , коммуникацию и различного рода судовое оборудование. Алюминиевые сплавы используется в строительстве и машиностроении .

Слайд 21

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ Электропроводность Пластичность Алюминий Нетоксичность Теплопроводность Легкость

Слайд 22

ВЛИЯНИЕ АЛЮМИНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Ежедневно в организм человека поступает 5-20 мг алюминия. Существует несколько путей поступления алюминия в организм человека: с пищей — соединения алюминия используются в пищевой промышленности в составе пищевых добавок (консервантов, красителей, наполнителей, пекарского порошка); в составе лекарств (антацидные препараты, некоторые обезболивающие средства); с питьевой водой — остаточный сульфат алюминия. При изучении влияния на организм человека некоторыми исследователями было отмечено, что алюминий в больших количествах может вызывать повреждение нервной системы. Алюминию приписывают роль в возникновении таких тяжелых заболеваний нервной системы.

Слайд 24

СВАРКА АЛЮМИНИЯ Сварка как алюминия, так и его сплавов осложнена тем, что в процессе сварки на поверхности расплавленного слоя моментально образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия. Эта пленка препятствует процессу сплавления отдельных частиц металла. Дело в том, что оксид алюминия плавится при температуре 2050°С, а сам алюминий — 658°С, Чтобы преодолеть эту технологическую трудность, применяют ряд специальных способов.

Слайд 25

Подготовка алюминия к сварке Первое и важное условие — подготовка к сварке. Соединяемые детали должны быть обязательно обезжирены, при этом уже имеющаяся на поверхности пленка оксида алюминия удаляется. Присадочная проволока обрабатывается таким же способом. Электродные стержни также очищаются перед нанесением на них покрытия. - Металл на ширине 80—100 мм от кромки обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.

Слайд 26

Удаление пленки оксидов включает следующие операции; травление в течение 0,5—1 мин (состав: раствор едкого натра 50 г и фторида натрия 40 г на 1 л воды); промывку в проточной воде, осветление в течение 1— 2 мин в 30%-м растворе азотной кислоты для алюминия и сплавов типа АМц или 25%-и растворе ортофосфорной кислоты для сплавов типа АМг; промывку в проточной) а затем горячей воде; сушку до полного удаления влаги. Обезжиривание и травление рекомендуется выполнял, не более чем за 2—4 ч до сварки. Электроды непосредственно перед сваркой надо просушить в течении двух часов при температуре 200°С. В связи с тем что алюминиевый электрод плавится в 2—3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должка быть соответственно выше. Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомендуется принимать сварочный ток из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода.

Слайд 27

Способы сварки алюминия Аргонодуговая сварка Газовая сварка

Слайд 28

Спасибо за внимание!