Алюминий модуль упругости: Модуль упругости алюминия
alexxlab | 12.01.2023 | 0 | Разное
плотность, модуль упругости и прочие характеристики. Как получают чистый алюминий
Этот распространённый металл был окончательно освоен человеком только в 19 веке. Несмотря на то, что его содержание в земной коре достигает 8,8%, чистый алюминий в виде небольших кристаллов встретить можно крайне редко. При этом в литре морской воды содержится около 0,01 мг алюминия. Расцвет алюминиевой промышленности пришелся на конец XIX века, когда интернациональный научный дуэт, состоящий из американца Ч. Холла и француза П. Эру, освоили электролиз – способ, которым и сегодня производится чистый алюминий.
Главные характеристики этого металла – относительно небольшая плотность, низкая электропроводность, лёгкость и очень высокая коррозийная стойкость. Последнему свойству данный металл обязан своей способностью создавать тонкую оксидную пленку при контакте с воздухом. Еще больше улучшить эксплуатационные свойства алюминия удается при добавлении различных присадок. Полученные таким образом сплавы демонстрируют большую жаропрочность, твердость и тугоплавкость.
Самым востребованным сплавом традиционно остается алюминий амг – сплав алюминия с магнием, позволяющий получать вещество средней прочности и пластичности, средней электро- и теплопроводности, отличной свариваемости и достаточной коррозионной стойкости.
Основные термодинамические и химические свойства алюминия, химический состав А0
Основные характеристики 13 элемента периодической таблицы элементов превращают его в отличный базовый материал для высокопрочных нержавеющих сталей. Среди наиболее значимых показателей, которыми обладает алюминий – плотность 2,6989 г/см3, температура плавления 660°C или 933,5 K, теплопроводность (300 K) 237 Вт/(м·К), электродный потенциал -1,66 В. Модуль упругости алюминия равен 7,1*1010 Н/м2, а электроотрицательность по шкале Полинга – 1,61.
Химический состав алюминия технической чистоты (марка А0) представлен следующими элементами:
- Al – около 99,0%
- Si – не более 0,5%
- Fe – не более 0,5%
- Ti – не более 0,03%
- Cu – не более 0,02%
- Zn – не более 0,08%
Как получают алюминий
Производство чистого алюминия начинается с добычи бокситов – специальных руд, содержащих в себе оксиды алюминия, магния, натрия и калия.
Далее из руды необходимо получить глинозём – вещество, полученное путем измельчения бокситов и добавления извести и щелочи. Последующее за этим выщелачивание осуществляется в автоклавах при t=240°C. Полученный алюминатный раствор промывают, очищая его от шлама, после чего жидкость помещается в ёмкость, где температура вещества уменьшается до 60°C.
При таком охлаждении и одновременном помешивании алюминатного раствора в результате химической реакции образуется гидроокись алюминия Al(OH), которая выпадает в осадок. Затем эту гидроокись остается лишь обезвожить в специальных печах при t=1150-1300оС, результатом чего становится получение глинозёма 30-50% α-Al2O3, γ-Al2O3. Наконец, из этого вещества при помощи электролитического метода и получают чистый алюминий.
Модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль Юнга. Таблицы
Модуль Юнга — характеристика вещества, описывающая упругие свойства материала при деформации растяжения/сжатия. Чаще всего указывается в ГПа (гигапаскалях).
При деформации растяжения/сжатия вдоль одной оси, в теле наблюдается изменение размеров тела вдоль оставшихся. Так, цилиндрическое тело, которое деформируют растягивая вдоль осевой линии, уменьшает диаметр основания (по сути, при неизменной массе и плотности объекта должен оставаться неизменным и его объём).
Введём:
(1)
- где:
- — относительная продольная деформация,
- — абсолютное удлинение (увеличение/уменьшение объекта),
- — первоначальная длина объекта.
В результате деформации растяжения, площадь основания уменьшается, также введём:
(2)
- где:
- — относительная поперечная деформация,
- — изменение диаметра образца,
- — первоначальный диаметр объекта.
Коэффициентом Пуассона (коэффициентом поперечной деформации)
называется модуль отношения относительной поперечной деформации к относительной продольной:(3)
Модуль сдвига — характеристика вещества, описывающая упругие свойства материала при деформации сдвига.
Чаще всего указывается в ГПа (гигапаскалях).
Для быстрого поиска нажмите «ctrl+F» и в открывшейся строке поиска введите интересующее вещество.
| Наименование материала | Модуль Юнга, ГПа | Модуль сдвига, ГПа | Коэффициент Пуассона |
| Алюминиевая бронза, литьё | 102,97 | 41,19 | — |
| Алюминиевая проволока тянутая | 68,65 | — | — |
| Алюминий катаный | 67,67 | 25,50-26,48 | 0,32-0,36 |
| Бекелит | 1,96-2,94 | — | — |
| Винипласт | 2,94 | — | — |
| Гетинакс | 9,81-16,67 | — | — |
| Гранит | 48,05 | — | — |
| Дерево | 3,92-17,65 | — | — |
| Дюралюминий катаный | 69,63 | 26,48 | — |
| Известняк | 41,19 | — | — |
| Инвар | 137,29 | 54,92 | — |
| Каучук | 0,00786 | — | 0,47 |
| Константан | 162,79 | 60,80 | 0,33 |
| Латунь корабельная катаная | 98,07 | — | 0,36 |
| Латунь холоднотянутая | 89,24-97,09 | 34,32-36,29 | 0,32-0,42 |
| Лёд | 9,81 | 2,75-2,94 | — |
| Манганин | 123,56 | 46,09 | 0,33 |
| Медь, литьё | 82,38 | — | — |
| Медь прокатная | 107,87 | 39,23 | 0,31-0,34 |
| Медь холоднотянутая | 107,87 | 39,23 | 0,31-0,34 |
| Мрамор | 54,92 | — | — |
| Плексиглас | 5,25 | 1,48 | 0,35 |
| Свинец | 16,67 | 6,86 | 0,42 |
| Сталь легированная | 205,94 | 79,43 | 0,25-0,30 |
| Сталь углеродистая | 196,13-205,94 | 79,43 | 0,24-0,28 |
| Стальное литьё | 171,62 | — | — |
| Стекло | 49,03-78,45 | 17,65-29,49 | 0,2-0,3 |
| Текстолит | 5,89-9,81 | — | — |
| Форсфористая бронза катаная | 112,78 | 41,19 | 0,32-0,35 |
| Целлулоид | 0,017-0,019 | — | 0,39 |
| Цинк катаный | 82,38 | 31,38 | 0,27 |
| Чугун белый, серый | 112,78-156,91 | 44,13 | 0,23-0,27 |
| Чугун кованый | 152,00 | — | — |
Понравилось это:
Нравится Загрузка.
..
Iconic One Theme | Powered by WordPress
%d такие блоггеры, как:
Модуль упругости – Руководящие принципы AHSS
Модуль упругости (модуль Юнга)
Когда пуансон впервые соприкасается с заготовкой из листового металла, создаваемые силы перемещают атомы листового металла из их нейтрального состояния, и заготовка начинает деформироваться. На атомном уровне эти силы называются упругими напряжениями, а деформация называется упругой деформацией. Силы внутри атомной клетки чрезвычайно сильны: высокие значения упругого напряжения приводят лишь к небольшим величинам упругой деформации. Если сила удаляется, вызывая только упругую деформацию, атомы возвращаются в исходное положение в решетке без остаточной или пластической деформации. Напряжения и деформации теперь на нуле.
Кривая напряжение-деформация отображает напряжение по вертикальной оси, а деформация — по горизонтальной оси (см. рис. 2 в разделе «Механические свойства»).
В начале этой кривой все металлы имеют характерную линейную зависимость между напряжением и деформацией. В этой линейной области наклон упругого напряжения в зависимости от упругой деформации называется Модуль упругости или Модуль Юнга или Модуль упругости и обычно обозначается аббревиатурой E. На этом участке кривой напряжение-деформация существует пропорциональная зависимость между напряжением и деформацией; деформация становится непропорциональной с началом пластической (остаточной) деформации (см. рис. 1).
Рисунок 1: Модуль упругости представляет собой наклон кривой напряжения-деформации до начала пластической деформации.
Наклон линии модуля зависит от атомной структуры металла. Большинство сталей имеют элементарную атомную ячейку из девяти атомов железа — по одному в каждом углу куба и один в центре куба. Это описывается как объемно-центрированная кубическая структура (BCC).
Обычное значение уклона стали составляет 210 ГПа (30 миллионов фунтов на квадратный дюйм). Напротив, алюминий и многие другие цветные металлы имеют 14 атомов как часть элементарной атомной ячейки — по одному на каждом углу куба и по одному на каждой грани куба. Это называется гранецентрированной кубической (FCC) атомной структурой. Многие алюминиевые сплавы имеют модуль упругости примерно 70 ГПа (10 миллионов фунтов на квадратный дюйм).
При полной прессовой нагрузке в нижней мертвой точке деформированная форма панели является результатом сочетания упругих напряжений и деформаций и пластических напряжений и деформаций. Устранение формирующих сил позволяет упругому напряжению и деформации вернуться к нулю. Остаточная деформация заготовки из листового металла представляет собой формованную часть, выходящую из пресса, при этом снятие упругого напряжения и деформации является основной причиной явления неблагоприятной формы, известного как пружинение. Сведение к минимуму или устранение пружинения имеет решающее значение для достижения постоянной формы и размеров штамповки.
В зависимости от конструкции панели и технологического процесса некоторые упругие напряжения могут не устраняться при снятии вытяжной панели с вытяжного пресса. Упругое напряжение, остающееся в штамповке, называется остаточным напряжением или захваченным напряжением. Любое дополнительное изменение состояния штампованной панели (например, обрезка, пробивка отверстий, сварка скоб, изменение формы или другая пластическая деформация) может изменить величину и распределение остаточных напряжений и, следовательно, потенциально изменить форму и размеры штамповки.
Величина пружинения обратно пропорциональна модулю упругости. Следовательно, при одном и том же пределе текучести сталь с модулем упругости, в три раза превышающим модуль алюминия, будет иметь упругую отдачу в три раза меньше.
Изменение и ухудшение модуля упругости
Аналитики часто рассматривают модуль упругости как константу. Однако модуль упругости изменяется в зависимости от ориентации относительно направления прокатки (рис.
2). Дело осложняется тем, что этот эффект меняется в зависимости от выбранной марки металла.
Рисунок 2. Модуль упругости как функция ориентации для нескольких марок стали (волокнистая сталь, DP 590, DP 980, DP 1180 и MS 1700) D-11
Эффект Баушингера приводит к изменению модуля упругости и, следовательно, влияет на пружинение. Модуль упругости, определенный в нагруженной части кривой напряжения-деформации, отличается от определенного в разгрузочной части. Кроме того, увеличение предварительной деформации снижает модуль упругости, что существенно влияет на точность моделирования деформации и пружинения. В DP780 деформация на 11 % привела к снижению модуля упругости на 28 %, как показано на рис. 3. K-7
Типичные значения модуля Юнга для различных алюминиевых сплавов приведены в следующей таблице. Приведенные значения являются средними значениями модулей растяжения и сжатия.
Модуль сжатия на 2% больше, чем модуль растяжения. Модуль Юнга алюминиевых сплавов Алюминиевый сплав Модуль упругости ГПа 10 6 фунтов на кв. дюйм 1060 69 10,0 1100 69 10,0 1350 69 10,0 2011 70 10. 
2 2014 73 10,6 Алклад 2014 72 10,5 2024 73 10,6 Альклад 2024 73 10,6 2219 73 10,6 3003 69 3004 69 10,0 3105 69 10,0 5005 69 10,0 5050 69 10,0 5052 70 10. 
2 5154 70 10.2 6061 69 10,0 6063 69 10,0 7050 72 10,4 7075 72 10,4 Ссылка:
