Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Алюминий в электротехнике

Проводниковые алюминиевые сплавы типа АЕ

Химический состав и физико-механические свойства

К наиболее известным и используемым проводниковым сплавам следует отнести сплавы типа АЕ (АЕ-1, АЕ-2) —это алюминий с одновременными добавками кремния и магния. Эти добавки мало снижают электропроводность алюминия. Магний и кремний, находящиеся в алюминии, образуют упрочняющую фазу Mg2Si.

Растворимость этого соединения с повышением температуры изменяется, это обстоятельство позволяет применять к этим сплавам термическую обработку.

Сплавы типа АЕ имеют хорошие технологические качества — хорошо обрабатываются, пластичны, обладают возможностью сваривания и т. п.

Для определения оптимального содержания магния и кремния с целью повышения, механических свойств, а также минимального снижения электропроводности Л. Воронцовой был исследован целый ряд сплавов на основе алюминия с различной концентрацией магния и кремния. Суммарная концентрация. магния и кремния не превышала 2% ,по массе (большие значения приводят к значительному росту электрического сопротивления).

На рис. 3-4—3-6 .показаны кривые, характеризующие изменение удельного электрического сопротивления в зависимости от соотношения магния и кремния, причем сумма концентрации их постоянна и равна 0,4; 1,0; 1,2% массы.

Наименьшую величину электрического сопротивления (максимальную электропроводность) имеют сплавы, расположенные а луче AI—Mg2Si, т. е. при отношении Mg и Si , соответствующем Mg2Si.

Исследованиями ряда авторов установлено, что в этих сплавах устанавливается так называемый ближний порядок, который соответствует упорядоченному распределению атомов магния и кремния в решетке алюминия. Ближний порядок проявляется в усилении сил межатомной связи, в уменьшении искажения решетки, в результате чего резко снижается величина электрического сопротивления сплава.

Сплавы, имеющие избыточное содержание кремния, имеют электрическое сопротивление меньшее, чем у сплавов с избыточным магнием.

В сплавах с избыточным кремнием (правая часть рис. 3-4) избыток кремния находится в виде самостоятельной фазы. В сплавах с избытком магния (левая часть рис. 3-4) избыток магния находится в твердом растворе алюминия.

Искажение кристаллической решетки, вызванное второй фазой, всегда меньше, чем искажение решетки, получающееся в результате растворения атомов, поэтому сплавы, в которых имеется избыток кремния, имеют меньшую величину удельного электрического сопротивления, чем сплавы с избыточным магнием.

На рис 3-7—3-9 показаны кривые, характеризующие изменение механической прочности сплавов. Максимальное значение предела прочности и предела текучести наблюдается у сплавов с избыточным кремнием, так как у них имеются две упрочняющих фазы: Mg2Si и кремний эффективность термообработки у этих сплавов выше по сравнению со сплавами, расположенными на луче Al —Mg2Si, и сплавами с избыточным магнием.

С точки зрения повышения механической прочности предпочтение отдают сплавам с избыточным кремнием, тем более что у этих сплавав и повышение удельного электрического сопротивления меньше, чем у сплавов с избыточным магнием.

Повышение концентрации Mg2Si в сплавах приводит к улучшению механических свой ств спл авов, при этом величина удельного электрического сопротивления также возрастает (табл. 3-3).

На рис. 3-10 и 3-11 показано влияние избыточного кремния на изменение удельного электрического сопротивления и механических свойств оплавов при концентрации Mg2Si, равном 0,4% (рис. 3-10) и 0,8% (рис 341).

Сплавы после термообработки по режиму: закалка с 550° С в воду, искусственное старение при 150° С в течение 12 ч.

Повышение концентрации избыточного кремния даже на 0,1 % по сравнению со сплавами стехиометрических составов приводит к повышению величины удельного электрического сопротивления. Дальнейшее повышение концентрации избытка кремния имеет параболический характер.

Избыток кремния до определенного значения вызывает повышение механической прочности при одновременном снижении пластичности. Оптимальное сочетание свойств прочности и пластичности достигается при избытке кремния, равном 0,3%.

Увеличение концентрации как Mg2Si, так и избытка кремния приводит к улучшению механических характеристик сплавов, однако больший эффект в упрочнении достигается при избытке кремния (табл. 3-4).

В зависимости от назначения электротехнических изделий рекомендуемые сплавы типа АЕ можно разделить на три основные группы (или три марки) АЕ-1, АЕ-2 и АЕ-3, которые имеют различную концентрацию магния и кремния.

Сплавы группы АЕ-1 имеют концентрацию Mg2Si, равную 0,4—0,5%, и избыток кремния 0,1—0,3% (массы). У сплавов этой группы электрическое сопротивление выше, чем у алюминия, па 5—8%. Однако механическая прочность сплавов в 2 раза выше, чем алюминия: предел текучести равен 7,5 кгс/мм 2 против 2 кгс/мм2 у алюминия. Сплавы этой группы высокопластичны и могут быть использованы для изготовления токоведущих жил проводов, кабельных изделий, обмоток электрических машин и трансформаторов.

Сплавы группы АЕ-2 имеют концентрацию Mg2Si, равную 0,0—0,8%, и избыток кременя 0,1—0,3%. Удельное электрическое сопротивление этих сплавов выше, чем у алюминия, на 10—12% и составляет 0,0315—0,033 омммг /м.

Сплавы этой группы имеют механическую прочность на уровне свойств меди, т. е. в несколько раз большую, чем у алюминия:

сплавы АЕ-2 могут быть использованы для изготовления токо-ведущих шип в распредустройствах , установочных проводов, токо-ведущих жил для проведав линий электропередач и до .

Сплавы группы АЕ-3 имеют концентрацию Mg2Si, равную 0,8—1,0%, и избыток кремния 0,1—0,3%. Их электрическое сопротивление выше, чем у алюминия, на 12—(14% и равно 0,034— 0,036 ом-мм2/м и следующие механические свойства:

Предел прочности Более 25 кгс/мм2

Предел текучести  , 23 кгс/мм 2

Относительное удлинение ... „ 9%

Сплавы этой группы могут быть рекомендованы как проводниковые материалы, способные выдерживать большие нагрузки.

Определенные по различному сочетанию свойств электропроводности, прочности и пластичности сплавы типа АЕ (в табл. 3-5 представлен их химический состав) могут быть использованы в различных электротехнических изделиях.