Алюминий в электротехнике

Физико-механические свойства алюминия

Алюминий по электропроводности среди металлов (табл. 2-1) занимает третье место после серебра и меди. Электропроводность отожженного алюминия составляет приблизительно 62% электропроводности отожженной стандартной меди, но благодаря малому удельному весу алюминий имеет проводимость па единицу массы в 2 раза большую, чем медь.

Именно это дает представление об экономической выгодности применения алюминия в качестве материала для проводников. При равной проводимости (на одной и той же длине) алюминиевый проводник имеет площадь поперечного сечения на 60% большую, чем медный, а масса его составляет только 48% массы меди.

Согласно ГОСТ 11069-64 на алюминий первичный в настоящее время имеется 13 марок алюминия, отличающихся количеством примесей. Для использования

в электротехнических изделиях предусмотрена специальная марка алюминия АЕ (табл. 2-2), на которой измеряется в отличие от остальных удельное электрическое сопротивление. Величина удельного электрического сопротивления алюминия АЕ должна быть не более 0,0280 ом mm2/m при 20° С (электрическое сопротивление измеряется на отожженной при 350±20°С проволоке). В табл. 2-3 приведены физические свойства чистого (99,996% алюминия) электролитического рафинированного алюминия.

1. Влияние примесей на изменение удельного электрического сопротивления алюминия

Наличие в алюминии примесей приводит к увеличению его удельного электрического сопротивления; чем больше содержание примесей, тем заметнее этот рост.

Железо и кремний являются основными примесями, сопутствующими алюминию. В табл. 2-4 приведены данные об изменении удельного электрического сопротивления в зависимости от содержания в нем железа и кремния.

Наименьшее сопротивление наблюдается, когда примеси в алюминии находятся в определенном соотношении. Е. Нахтигалль установил, что наименьшее сопротивление имеет место при отношении количеств железа и кремния, равном 2.

По данным А. Лешмана , это отношение должно лежать в пределах 2,3—4,0, а по данным С. Пансери и др.

Помимо основных примесей: железа и кремния, в алюминии наблюдаются так называемые второстепенные примеси — титан, хром, магний, ванадий, марганец, серебро, медь, никель, цинк и галлий.

На рис. 2-1 показано изменение электропроводности (в отожженном состоянии) выгакочистого алюминия от содержания этих примесей. Резкое снижение электропроводности имеет место при наличии в алюминии титана, ванадия и марганца.

М. Гохштейном и др. в работах, проводимых по исследованию влияния второстепенных примесей на электропроводность алюминия (при составлении дополнений к проекту ГОСТ 4004-52 на алюминиевые чушки для изготовления проволоки), показано, что даже тысячные доли марганца, хрома, титана и ванадия снижают электропроводность алюминия значительно больше, чем железо и кремний, находящиеся в десятых долях процента.

Сотрудниками Всесоюзного алюминиево-магниевого института (М. Гохштейном и др.) была выведена зависимость, по которой, зная концентрацию примесей в алюминии, можно приближенно рассчитать величину его удельного электрического. с опротивления:

Для нейтрализации отрицательного воздействия присутствия титана, хрома, ванадия и марганца рядом авторов предложено при плавке алюминия вводить тысячные доли процента бора. Вступая в реакцию с этими примесями, бор образует нерастворимые соединения (выводя их из твердого раствора), что приводит к повышению электропроводности алюминия (рис. 2-2). Наряду с увеличением электрического сопротивления присутствующие в алюминии примеси вызывают некоторое повышение механической прочности.

Алюминий высокой чистоты (99,996%) и промышленный алюминий (99,4%) в отожженном состоянии соответственно имеют предел прочности 4,8 и 9 кгс/мм 2 , твердость по Бринеллю 17 и 22 кгс/мм2.

Влияние деформации на механические свойства алюминия

Проводниковый алюминий может быть упрочнен за счет холодной деформации. Холодная деформация; как указывалось ранее, очень мало повышает электрическое сопротивление алюминия.

где S и s — начальное и конечное сечение деформируемого алюминий; или для проволоки по формуле

где D — диаметр катанки (первоначальный); d — диаметр проволоки (окончательный).

Степень деформации можно выразить процентным отношением уменьшения сечения к начальному сечению катанки

Изменение механических свойств алюминиевой проволоки от степени деформации показано на рис. 2-3.

50%, затем рост прочности на разрыв заметно замедляется и в некоторых случаях достигает максимума, после чего механическая прочность начинает уменьшаться.

Предел текучести при холодной деформации алюминия быстро достигает 80—85% прочности на разрыв, после чего это отношение практически остается постоянным. За счет холодной деформации предел прочности при растяжении у алюминия может быть доведен до 20 кгс/мм 2 и больше, при этом удлинение составляет всего 5—10%.