Jis lengvai kalamas, štampuojamas, valcuojamas ir valkuojamas. Aliuminio, kaip ir visų metalų, savybės didžiąja dalimi priklauso nuo jo grynumo. Itin gryno aliuminio(99,996%) savybės: tankis (esant 20°С temperatūrai) 2698,9 kg/m3, lydymosi temperatūra 660,24°С; virimo temperatūra apie 2500°С; terminio plėtimosi koeficientas (nuo 20° iki 100°С temperatūroje) 23,86•10-6; šilumos laidumas (esant 190°С) 343 W/m•K [0,82 kal/(cm•sek•°С)], lyginamoji šiluminė talpa (esant 100°С) 931,98 J/kg•K [0,2226 kal/(g•°С)]; elektros laidumas lyginant su variu (esant 20 °С) 65,5%.
Valcuojant šaltuoju būdu aliuminio stiprumo riba išauga iki 115 Mn/m2, kietumas - iki 270 Mn/m2, sąlyginis pailgėjimas sumažėja iki 5% (1 Mn/m2~ ir 0,1 kgs/mm2). Aliuminium artimas deguoniui, ore pasidengia plona, bet labai tvirta Al2О3 oksido plėvele, saugančia metalą nuo tolesnio oksidavimosi ir lemiančia jo puikias antikorozines savybes.
Kai bet kuri medžiaga kaitinama, ji pradeda plėstis, veikiama didėjančios temperatūros. Tai sukelia reikšmingus matmenų pokyčius, dalies deformaciją arba vidinį įtempimą. Linijinis (tiesinis) šiluminio plėtimosi koeficientas yra medžiagos savybė, apibūdinanti plastiko gebėjimą plėstis kylant temperatūrai. Daugumos plastikų prigimtis ir dilatometro prigimtis leidžia nuo minus 30 iki plius 30 laipsnių Celsijaus tinkamu temperatūrų diapazonu plastikų linijiniam šiluminiam plėtimuisi matuoti. Plastiko šiluminis plėtimisis susideda iš grįžtamojo komponento, kuriame ilgio pokyčiai yra vienas nuo kito dėl drėgmės kiekio pokyčių, kietėjimo, plastifikatoriaus ar tirpiklių praradimo, įtempių išsiskyrimo, fazių pokyčių ir kitų veiksnių. Linijinio šiluminio plėtimosi koeficiento bandymai yra skirti nustatyti linijinio šiluminio plėtimosi koeficientą, kiek įmanoma neįtraukiant šių faktorių. Tiesą sakant, apskritai šių veiksnių poveikis yra visiškas; daugumos jų atmesti negalima.
Efektyviai valdyti aliuminio surinkimų šiluminį plėtimą yra labai svarbu dėl aukšto aliuminio šiluminio plėtimosi koeficiento (CTE), kuris sukelia reikšmingus matmenų pokyčius keičiantis temperatūrai. Pagrindinės strategijos apima medžiagų parinkimą su atitinkančiais CTE, konstrukcinių leidžiamųjų judėjimų verčių įtraukimą bei specialių komponentų, tokių kaip lankstūs klijai arba tarpiniai žiedai, naudojimą tam, kad būtų sugertiems įtempimams, išvengta deformacijos, sąjungų gedimo ir sumažėjusios našumo.
Šiluminis plėtimasis yra fundamentali materijos savybė, apibūdinanti jos linkį keistis formoje, plote ir tūryje atsirandant temperatūros pokyčiui. Inžinerinėms medžiagoms tai yra išreiškiama šiluminio plėtimosi koeficientu (CTE), kuris matuoja santykinį dydžio pokytį temperatūros kaitos laipsniui. Medžiagos su aukštu TPL plečiasi ir susitraukia žymiai labiau nei tos, kurių TPL yra žemas. Aliuminis ir jo lydiniai žinomi tuo, kad turi santykinai aukštą TPL, paprastai apie 23 milijonines dalis vienam Celsijaus laipsniui (ppm/°C). Palyginimui, plieno TPL yra apie 12 ppm/°C. Šis skirtumas yra pagrindinė daugiakomponentinių konstrukcijų problemų priežastis. Kai temperatūra kyla, aliuminio detalė bandys išsiplėsti beveik dvigubai daugiau nei greta esanti to paties dydžio plieno detalė. Šis diferencialinis išsiplečiamas sukelia didelį mechaninį įtempį, galintį sukelti išlinkimą, tvirtinimų nusidėvėjimą ir galiausiai - sąjungos sugedimą. Toks elgesys ypač svarbus taikant sistemose, veikiančiose plačiame darbo temperatūrų diapazone, pvz., automobilių varikliuose, aviacijos komponentuose ir lauko elektronikos korpusuose.
Strategijos mažinti šiluminį plėtimą ir jų taikymo spektras
Kaip pažymėta išsamioje pamokoje, pateiktoje Domadia, nepaisant aliuminio šiluminio plėtimosi, gali būti pažeista konstrukcinė vientisumas ir tikslūs tarpai, reikalingi aukšto našumo konstrukcijose. Todėl šio pagrindinio principo supratimas yra pirmas žingsnis link patikimų ir tvirtų aliuminio mazgų kūrimo. Galima taikyti kelias inžinerines strategijas, kad būtų sumažinti iššūkiai, kuriuos sukelia aliuminio didelis šiluminis plėtimasis. Šios priemonės apima medžiagų mokslą ir specializuotas komponentes iki aktyvaus šilumos valdymo, o kiekviena iš jų siūlo unikalius pranašumus, priklausomai nuo konkretaus taikymo reikalavimų.
Pirmoji apsaugos linija - atsargus medžiagų parinkimas. Visada, kai tik įmanoma, aliuminį derinant su medžiagomis, turinčiomis panašų šiluminio plėtimosi koeficientą (CTE), galima sumažinti diferencialinį išsiplečiamumą. Kai tai nėra įmanoma, galima modifikuoti patį aliuminį. Leguojant aliuminį tokiais elementais kaip silicis, galima sumažinti jo CTE. Pavyzdžiui, Al-Si lydiniai sukuria eutektinę matricą, kuri riboja šiluminį augimą. Panašiai mikrolegavimas tokiais elementais kaip cirkonis gali stabilizuoti medžiagos grūdelinę struktūrą, ribodamas išsiplečiamumo kaitą šiluminiame cikle.
Šiose iuose mazguose naudojami specialūs komponentai, kurie sugeria arba kompensuoja judėjimą. Puikus pavyzdys yra tarpinės žiedas, tiksliai suprojektuotas tvirtinimo elementas su banginiais grioveliais, veikiantis kaip spyruoklė. Pagal analizę, atliktą USA Tolerance Rings, šie komponentai yra labai veiksmingi maišytų medžiagų guolių mazguose, pavyzdžiui, plieniniame guolyje, esančiame aliumininiame korpuse. Tuo tarpu, kai tradicinė presinė jungtis gali prarasti visą laikymo jėgą, kai aliumininis korpusas išsiplečia atitrūksta nuo plieninio guolio, tarpinė išlaiko pastovią radialinę jėgą, neleisdama slydimo ir sugedimų plačiame temperatūrų diapazone.
Kitas veiksmingas metodas - tiesiogiai kontroliuoti komponento temperatūrą. Aktyvus termoreguliavimas siekia sumažinti temperatūros svyravimus (ΔT), kurie sukelia išsiplėtimą. Spinduliuojančios dengimo dangos: Taikant dengimo danges su maža saulės energijos sugeriamąja geba, galima sumažinti šilumos kaupimąsi iš saulės šviesos, todėl sumažinant maksimalią lauko komponentų temperatūrą. Priverstinė konvekcija: Uždarose sistemose, tokiose kaip elektronikos spintose, ventiliatoriai ar pučikliai gali cirkuliuoti orą, kad išsklaidytų šilumą ir palaikytų stabilingesnę darbo temperatūrą. Priteminimas: Paprastai apsaugant komponentus nuo tiesioginės saulės spinduliuotės galima žymiai sumažinti dienos metu temperatūros šuolius ir sumažinti bendrą šiluminę apkrovą.
Dažniausiai pasitaikantis ir sudėtingiausias atvejis yra aliuminio sujungimas su medžiagomis, turinčiomis žymiai kitokį TML (temperatūrinio plėtimosi koeficientą), pvz. plienu, kompozitais ar keramika. Šis TML neatitikimas yra viena pagrindinių sukibimo ar tvirtinimo mazgų įtempimo ir gedimų priežasčių. Pagrindinis projektavimo tikslas tokiomis aplinkybėmis - sukurti konstrukciją, kuri galėtų kompensuoti diferencialinį judėjimą, nekaupdama ardomojo įtempimo. Vienas veiksmingiausių sprendimų - specialių klijų naudojimas. Apie tai paaiškina klijų ekspertai iš MasterBond: yra dvi pagrindinės klijavimo strategijos. Pirmoji - naudoti standų, žemo šiluminio plėtimosi koeficiento (CTE) kliją, kuris dažnai užpildytas keramika arba specialiais užpildais, kad būtų sumažintas pačios klijavimo linijos išsiplėtimas. Antra, ir dažnai patvaresnė, priemonė - naudoti lankstų arba sustiprintą klijavimo sistemą. Šie klijai turi žemesnį modulį ir didesnį ilgėjimą, todėl gali temptis ir sugerti įtempius, atsirandančius dėl pagrindų diferencialinio judėjimo. Tokia lankstumas neleidžia įtampoms koncentruotis klijavimo sąsajoje, kas kitaip galėtų sukelti atskilimą arba pagrindo gedimą.
Be klijų, mechaninės konstrukcijos savybės taip pat gali užtikrinti reikiamą lankstumą. Projektuojant su prakirstais skylėmis vietoj apvalių skylų tvirtinimo elementams leidžia vienam pagrindui slinkti lyginant su kitu, kai jie išsiplečia ir susitraukia. Panašiai, naudojant slapyninius jungtys, lankstūs jungiamieji elementai arba varpo formos jungtys konstrukcijoje gali sukurti reikiamą judėjimo laisvę, efektyviai atskirdamos komponentus ir neleisdamos įtempimų kaupimosi.
Aliuminio šiluminio plėtimosi valdymo principai taikomi daugelyje pramonės šakų, o sprendimai pritaikyti specifinėms problemoms. Kiekvienas taikymas pabrėžia tinkamos strategijos pasirinkimo svarbą užtikrinant ilgalaikį patikimumą ir našumą. Pramoniniuose siurbliuose ir varikliuose plieniniai guoliai dažnai montuojami lengvojo aliuminio korpusuose. Kai įranga veikimo metu įkaista, aliuminio korpusas išsiplėčia labiau nei plieninis guolis, dėl ko guolio išorinis žiedas gali praslysti. Tai sukelia vibraciją, pernelyg didelį dilimą ir ankstyvą sugedimą. Naudojant tolerancinius žiedus šiose mazguose užtinkamas lankstus sąsaja, kuri palaiko reikiamą laikymo jėgą net aukštesnėmis temperatūromis, užtikrinant, kad guolis patikimai liktų savo vietoje.
Šiuolaikinė elektronika, ypač aviacijos ir gynybos srityje, remiasi aliumininiais korpusais, kurie padeda atiduoti šilumą ir suteikia lengvą konstrukcinę atramą. Tačiau šiuose korpusuose yra spausdintinės grandinės (PCB) ir kitos detalės, kurių termolinio plėtimosi koeficientas (CTE) yra žymiai mažesnis. Kaip paaiškina S-Bond Technologies, eksploatacijos metu temperatūros ciklai gali sukelti įtampą lydiniams ir jungtims. Čia dažnai naudojami šilumai laidūs, lankstūs klijai šilumos skleidėjams prisukti prie komponentų, užtikrinant efektyvų šilumos nutekėjimą ir tuo pačiu sugerdami mechaninę įtampą, kuri atsiranda dėl skirtingo išsiplėtimo.
Automobilių pramonė plačiai naudoja aliuminio variklių blokams, cilindrų galvutėms ir transmisijos komponentams, kad sumažintų svorį ir pagerintų efektyvumą. Šie komponentai prisukami prie plieno ir kitų lydinių detalių, sudarydami sudėtingas konstrukcijas, kurios patiria labai didelį terminį ciklą. Automobilių projektams, reikalaujančioms tiksliai suprojektuotų detalių, specialių dalių įsigijimas dažnai būtinas. Pavyzdžiui, nestandartinių aliuminio profilinių gaminių tiekėjas Shaoyi Metal Technology siūlo visapusiškas vienoje vietovėje teikiamas servisas nuo prototipų kūrimo iki gamybos pagal IATF 16949 kokybės sistemą, užtikrinant, kad detalės būtų pritaikytos dirbti tokiose reikalaujančiose šiluminėse aplinkose. Svarbus tinkamas konstravimas, įskaitant specifinių tvirtinimo detalių ir tarpinių naudojimą, kurie leidžia nedidelį judesį, siekiant išvengti deformacijos ir išlaikyti sandarumą.
Aprašymas / Turinys: Šiluminio plėtimosi koeficiento nustatymas. Darbo tikslas. Skaičiavimai. Paklaidų skaičiavimas. Išvados. Ištrauka: Laboratorinio darbo metu buvo tirtas šiluminis plėtimas, išmatuoti vario, bronzos ir aliuminio plėtimosi koeficientai. Atliekant eksperimentą paaiškėjo, kad varis, aliuminis ir bronza yra izotropinės medžiagos, todėl tiesinis plėtimosi koeficientas yra vienodas visomis kryptimis. Taip pat, kuo kūną veikianti temperatūra aukštesnė, tuo labiau jis plečiasi, t.y. tuo labiau padidėja vidutinis atstumas tarp atomų.
Kategorija: Failas: Microsoft Word 14 KB Įkeltas: 2020 m. Kalba: Lietuvių Apimtis: 2 puslapiai (159 žodžiai) Lygis: Universitetas Autorius: Jovita Įvertinimas: Šiluminio plėtimosi koeficientas Šiluminio plėtimosi koeficientas. (2020 m.). Liepos 31 d. DARBO DUOMENYS 2 puslapiai (159 žodžiai)Microsoft Word 14 Kb
tags: #aliuminio #siluminis #pletimosi #koeficientas