1.4 Спеціальні мідні сплави

В електротехніці при виготовленні провідників використовують низьколеговані мідні сплави, недоліком цих матеріалів є відносно низька міцність. Для підвищення міцності сплави нагартовують, вводять легувальні елементи та застосовують термічну і термомеханічну обробку. Холодна деформація із ступенем 40…70% підвищує границю міцності (_в) вдвічі, а електроопір на 3% (але таке зміцнення ефективне лише до 200С). Спеціальні мідні сплави легують Ag, Cd, Cr, Zr. Вміст кожного з цих елементів у сплавах підбирається таким чином, щоб забезпечити поєднання високої міцності із достатньо високою електропровідністю (табл. 1.7). Хромисті бронзи з цирконієм (БрХЦр) застосовують для виготовлення електродів контактного зварювання, особливість таких електродів – поєднання високої тепло- та електропровідності з жароміцністю.

Таблиця 1.7 – Хімічний склад та властивості спеціальних бронз [3]

Марка	Хімічний склад (Cu – решта), %	в, МПа	,%	, мкОмсм
Мідь	-	220	45	1,72
БрСр	0,1 Ag	440	14	1,85
БрКд	1,0 Cd	420	17	2,28
БрМг0,5	0,5 Mg	540	-	3,0
БрМг0,8	0,8 Mg	650	-	3,7
БрХ	0,7 Cr	450	19	2,03
БрХЦр	0,7 Cr, 0,05 Zr	500	24	2,04

Мідь складає основу сплавів, що використовують при виготовленні термопар.

2. Алюміній та його сплави

Алюміній за поширенням займає перше місце серед елементів, що є основою багатьох конструкційних матеріалів: в глинах, бокситах, польових шпатах його вміст сягає приблизно 8%. На другому місці Fe (5,1%), на третьому – Mg (2,4%).

Алюміній – метал світло-сріблястого кольору. Добре полірується. Полірована поверхня достатньо довго зберігає дзеркальність. Температура плавлення алюмінію 660°С. Кристалічна гратка – ГЦК, поліморфні модифікації відсутні. Алюміній має малу густину (2,7 г¤см³), високу корозійну стійкість та пластичність, парамагнітний. Окремі фізичні властивості алюмінію наведені в табл.2.1.

Таблиця 2.1 – Фізичні властивості алюмінію [2]

Атомна маса	26,9825
Атомний радіус, нм	0,143
Атомний об’єм, см3/г-атом	10,0
Період гратки, нм	0,40413
Температура плавлення, °С	660,24 (для Al чистоти 99,996%); 658 (для технічно чистого Al чистоти 99,5%)
Температура кипіння, °С	2327
Питома теплоємність, кал/(гград)	0,215
Питома теплопровідність, кал/(смсекград)	0,538
Коефіцієнт лінійного термічного розширення, 1/град	24,310-6
Питомий електроопір, Омсм	2,6610-6
Модуль нормальної пружності, МПа	7100
Модуль зсуву, МПа	2660

Алюміній має високу електро- та теплопровідність. Електропровідність Al чистоти 99,997% становить 65,5% від електропровідності міді (він знаходиться на 4 місті після Ag, Cu, Au). Присутність домішок (особливо Mn, V, Cr, Ti) в Al знижує його електро- і теплопровідність.

Алюміній відноситься до хімічно активних металів. На повітрі алюміній покривається тонкою, щільною плівкою Al₂O₃, яка перешкоджає подальшій взаємодії металу з навколишнім середовищем. Алюміній стійкий до дії атмосфери, як прісної так і морської води, оцтової, лимонної, винної та інших органічних кислот. Практично не взаємодіє з концентрованою азотною та 100% сірчаною кислотою.

На механічні властивості технічно чистого Al впливає його чистота (табл.2.2).

Таблиця 2.2 – Вплив ступеню чистоти алюмінію на його механічні властивості [3]

Вміст алюмінію, %	в, МПа	0,2, МПа	10, %	НВ, МПа
99,99%	49	22	45,5	84…112
99,5	70	28	31,5	126…175

Технічно чистий Al може зміцнюватися холодною пластичною деформацією, при цьому збільшується не тільки границя міцності та плинності, а і міцність на зріз та опір втомі.

Технічно чистий Al добре деформується як в гарячому так і в холодному стані. Наприклад, Al чистоти 99,995% витягується з  80 на  0,1 мм. Зварюється майже усіма видами зварювання. В свою чергу за причини високої в’язкості алюміній відзначається незадовільною здатністю до обробки різанням.

Особливість алюмінію: він поглинає нейтрони (може використовуватися в атомній енергетиці).

Технічно чистий алюміній у вигляді напівфабрикатів маркують: АД000, АД00, АД0, АД1, АД (А – алюміній, Д – деформований напівфабрикат). Хімічний склад технічно чистого алюмінію наведено в додатку 2.

В алюмінії найчастіше зустрічаються наступні домішки: Fe, Si, Cu, Mn, Zn. Наявність структурновільного кремнію призводить до появи евтектики (-твердий розчин на основі Al + кристали Si), збільшення інтервалу кристалізації та до гарячеламкості алюмінію. Залізо практично не розчиняється в гратці алюмінію та утворює хімічну сполуку FeAl₃. Ця сполука входить до складу евтектики, яка виділяється по межах зерен алюмінію. Фази Si, FeAl₃ мають голкоподібну форму (рис.2.1). Ці фази крихкі та знижують пластичність алюмінію. В технічних сортах алюмінію залізо і кремній як домішки присутні разом. Вони утворюють сполуки, які кристалізуються по межах та всередині зерен алюмінію. На рис.2.2 наведені ізотерми солідусу для алюмінієвого кута системи Al-Fe-Si. К сплавам системи Al-Fe-Si відносяться всі сорта технічно чистого алюмінію. Фазовий склад технічно чистого алюмінію [2]: Al + FeAl₃; Al + (AlFeSi) + FeAl₃; Al + (AlFeSi); Al + (AlFeSi) + (AlFeSi); Al + (AlFeSi); Al + Si + (AlFeSi); Al + Si. Мікроструктура алюмінію (0,5% Fe; 0,3% Si) наведена на рис.2.3. Сполука (AlFeSi) має кубічну гратку, а сполука (AlFeSi) – моноклинну гратку. Ці сполуки практично не розчинні в алюмінії. Вони мають високу крихкість, знижують корозійну стійкість алюмінію та його пластичність. Розмір цих виділень зменшується із збільшенням швидкості охолодження.

Рисунок 2.1 - Мікроструктура алюмінію (0,5% Fe; 0,2% Si), 150 [2]

Рисунок 2.2 – Ізотерми солідуса системи Al-Fe-Si [5]

Домішки марганцю (0,05%) викликають формування анормально крупного зерна в листовому алюмінії після рекристалізаційного відпалу.

Технічний алюміній випускають у вигляді прутків, листів, дроту та різного профілю.

Рисунок 2.3 - Мікроструктура алюмінію (0,5% Fe; 0,3% Si), 250. По межах

зерен спостерігається виділення скелетоподібної евтектики Al + (AlFeSi) [2]

Використання технічно чистого алюмінію. Технічно чистий алюміній використовують в електричній промисловості (провід, оболонка високовольтного кабелю), в теплообмінниках хімічної промисловості, холодильниках, автомобільних та тракторних радіаторах. Використовують для виготовлення дзеркал, потужних рефлекторів (алюміній має добру відбивну здатність). З алюмінію виготовляють різну тару, ємності для транспортування харчових продуктів, побутовий посуд (каструлі, ложки, миски, чайники, вази та інше). Використовують як пакувальний матеріал (фольга). В будівельній галузі (фасади будинків, віконні рами, ручки). А також в авіабудуванні (фольга для стільникових конструкцій) та в вагоно- і автомобілебудування.