Алюминий и его сплавы, особенности получения отливок

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский  Государственный Технический Университет  МАМИ

Кафедра «Технология конструкционных материалов» 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему 

АЛЮМИНИЙ  И ЕГО СПЛАВЫ 

особенности получения отливок 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент 2-го курса 

факультета  автомобилестроения,

группа: 4ЗАА5

Кабанов А. М. 

Проверил:

Доцент  кафедры

Шлыкова Альбина Васильевна 
 
 
 
 
 

Москва 2010г.

Содержание 

1. Введение…………………………………………………………….3
2. Название и история открытия……………………………………..4
3. Общая характеристика алюминия………………………………...6
1. Нахождение в природе……………………………………….....8
4. Алюминиевые сплавы……………………………………………...9
5. Получение отливок из алюминиевых сплавов………………….14
1. Литьё в песчаные формы…...…………………………………14
2. Литьё в гипсовые формы……………………………………...17
3. Литьё в оболочковые формы……………………………….....18
4. Литьё по выплавляемым моделям……………………………19
5. Литьё в кокиль…………………………………………………20
6. Литьё выжиманием…………………………………………….23
7. Литьё под низким давлением……………………………….....24
8. Литьё под давлением…………………………………………..25
6. Контроль качества отливок и исправление дефектов………..…30
7. Заключение………………………………………………………..31
8. Список используемой литературы…………………………….....32

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

      Достижения  промышленности в любом развитом обществе неизменно связаны с  достижениями технологии конструкционных  материалов и сплавов. Качество обработки  и производительность изготовления изделий являются важнейшими показателями уровня развития государства.

     Материалы, применяемые в современных конструкциях, помимо высоких прочностных характеристик  должны обладать комплексом таких свойств, как повышенная коррозионная стойкость, жаропрочность, теплопроводность и  электропроводимость, тугоплавкость, а так же способность сохранять  эти свойства в условиях длительной работы под нагрузками.

   Научные разработки и производственные процессы в области литейного производства цветных металлов в нашей стране соответствуют передовым достижениям  научно-технического прогресса. Их результатом, в частности, явилось создание современных  цехов кокильного литья и литья  под давлением на Волжском автомобильном  заводе и ряде других предприятий. На Заволжском моторном заводе успешно  работают крупные машины литья под  давлением и усилием запирания  пресс-формы 35 МН, на которых получают блоки цилиндров из алюминиевых  сплавов для автомашины «Волга».

      На  Алтайском моторном заводе освоена  автоматизированная линия по получению  отливок литьем под давлением. В  Советском Союзе впервые в  мире разработан и освоен процесс  непрерывного литья слитков из алюминиевых  сплавов в электромагнитный кристаллизатор. Этот способ существенно повышает качество слитков и позволяет снизить  количество отходов в виде стружки  при их обточке. 
 
 
 
 
 

2. Название  и история открытия.

     Латинское aluminium происходит от латинского же alumen, означающего квасцы (сульфат алюминия и калия (K) KAl(SO₄)₂·12H₂O), которые издавна использовались при выделке кож и как вяжущее средство. Al, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Из-за высокой химической активности открытие и выделение чистого алюминия растянулось почти на 100 лет. Вывод о том, что из квасцов может быть получена «земля» (тугоплавкое вещество, по-современному — оксид алюминия) сделал еще в 1754г. немецкий химик А. Маркграф. Позднее оказалось, что такая же «земля» может быть выделена из глины, и ее стали называть глиноземом. Получить металлический алюминий смог только в 1825г. датский физик Х. К. Эрстед. Он обработал амальгамой калия (сплавом калия (K) с ртутью (Hg)) хлорид алюминия AlCl₃, который можно было получить из глинозема, и после отгонки ртути (Hg) выделил серый порошок алюминия.

     Только  через четверть века этот способ удалось  немного модернизировать. Французский  химик А. Э. Сент-Клэр Девиль в 1854 году предложил использовать для получения  алюминия металлический натрий (Na), и получил первые слитки нового металла. Стоимость алюминия была тогда очень  высока, и из него изготавливали  ювелирные украшения.

     Промышленный  способ производства алюминия путем  электролиза расплава сложных смесей, включающих оксид, фторид алюминия и  другие вещества, независимо друг от друга  разработали в 1886 году П. Эру (Франция) и Ч. Холл (США). Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии, поэтому в больших масштабах  оно было реализовано только в 20-ом веке. В Советском Союзе первый промышленный алюминий был получен 14 мая 1932 года на Волховском алюминиевом  комбинате, построенном рядом с  Волховской гидроэлектростанцией.

     Алюминий  чистотой свыше 99,99% впервые был получен  электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах  такого алюминия. В 1938г. Тейлор, Уиллер, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые  свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного  во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах  алюминия вышло в свет в 1967г.

     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 с ртутью) и выделение  из щёлочных растворов. Степень чистоты  алюминия контролируется величиной  электросопротивления при низких температурах.

     В настоящее время используется следующая  классификация алюминия по степени  чистоты:

 
 
 
 
 
 
 

3. Общая характеристика алюминия.

     Природный алюминий состоит из одного нуклида 27Al. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s2p1. Практически во всех соединениях  степень окисления алюминия +3 (валентность III). Радиус нейтрального атома алюминия 0,143 нм, радиус иона Al3+ 0,057 нм. Энергии  последовательной ионизации нейтрального атома алюминия равны, соответственно, 5,984, 18,828, 28,44 и 120 эВ. По шкале Полинга  электроотрицательность алюминия 1,5.

     Алюминий  — мягкий, легкий, серебристо-белый металл, кристаллическая решетка которого кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660°C, температура кипения около 2450°C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10^–5 К^–1.

     Химический  алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно  покрывается плотной пленкой  оксида Al₂О₃, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода (O) к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.

     С остальными кислотами алюминий активно  реагирует:

     6НСl + 2Al = 2AlCl₃ + 3H₂,

     3Н₂SO₄ + 2Al = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂.

     Алюминий  реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:

     Al₂О₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄].

     Затем протекают реакции:

     2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂,

     NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄],

     или суммарно:

     2Al + 6H₂O + 2NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3Н₂,

     и в результате образуются алюминаты: Na[Al(OH)₄] — алюминат натрия (Na) (тетрагидроксоалюминат натрия), К[Al(OH)4] — алюминат калия (K) (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие:

     Na[Al(OH)₄(Н₂О)₂] и К[Al(OH)₄(Н₂О)₂].

     При нагревании алюминий реагирует с  галогенами:

     2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃,

     2Al + 3 Br₂ = 2AlBr₃.

     Интересно, что реакция между порошками  алюминия и йода (I) начинается при  комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:

     2Al + 3I₂ = 2AlI₃.

     Взаимодействие  алюминия с серой (S) при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:

     2Al + 3S = Al₂S₃,

     который легко разлагается водой:

     Al₂S₃ + 6Н₂О = 2Al(ОН)₃ + 3Н₂S.

     С водородом (H) алюминий непосредственно  не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений, можно  синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН₃)_х — сильнейший восстановитель.

     В виде порошка алюминий можно сжечь  на воздухе, причем образуется белый  тугоплавкий порошок оксида алюминия Al₂О₃.

     Высокая прочность связи в Al₂О₃ обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и способность алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:

     3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ + 9Fe и даже

     3СаО  + 2Al = Al₂О₃ + 3Са.

     Такой способ получения металлов называют алюминотермией.

1. Нахождение в природе

     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. Соединения алюминия содержат граниты, базальты, глины, полевые шпаты и др. Но вот  парадокс: при огромном числе минералов  и пород, содержащих алюминий, месторождения  бокситов — главного сырья при  промышленном получении алюминия, довольно редки. В России месторождения бокситов имеются в Сибири и на Урале. Промышленное значение имеют также алуниты  и нефелины. В качестве микроэлемента  алюминий присутствует в тканях растений и животных. Существуют организмы  – концентраторы, накапливающие  алюминий в своих органах, — некоторые  плауны, моллюски.