- характеристика элемента алюминия: электронное строение, возможные степени окисления, основные соединения: оксид, гидроксид, соли.

Алюминий - элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Электронная конфигурация нейтрального атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 = [ 10 Ne]3s 2 3p 1 , согласно которой алюминий в соединениях может иметь степень окисления +3 и 0.

Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий - лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Основные соединения:

Оксид алюминия Al 2 O 3 – Амфотерный оксид, кислотные и основные свойства равно выражены. Белый, имеет ионное строение (Al 3+) 2 (O 2-) 3 . Тугоплавкий, термически устойчивый. Аморфный порошок гигроскопичен и химически активен, кристаллический – очень тверд и химически пассивен. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами. Переводится в раствор концентрированными кислотами и щелочами, реагирует со щелочами и карбонатом натрия при сплавлении. Применяется как сырье в производстве алюминия, для изготовления огнеупорных, химически стойких и абразивных материалов, особо чистый Al 2 O 3 – для изготовления рубиновых лазеров и синтетических драгоценных камней (рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов – Cr 2 O 3 (красный цвет), Ti 2 O 3 и Fe 2 O 3 (голубой цвет).

Уравнения важнейших реакций:

(эта реакция используется для «вскрытия» бокситов)

В природе входит в состав глины и бокситов, образует минерал корунд.

Гидроксид алюминияAl(ОН) 3 – Амфотерный гидроксид, кислотные и основные свойства равно выражены. Белый, аморфный (гелеобразный) или кристаллический. Связи Al–ОН преимущественно ковалентные. Разлагается при нагревании без плавления. Практически не растворяется в воде. Реагирует с кислотами, щелочами в растворе и при сплавлении. Не реагирует с NH 3 Н 2 O, NH 4 Cl, СO 2 , SO 2 и H 2 S.

Метагидроксид АlO(ОН) химически менее активен, чем Al(ОН) 3 . Промежуточный продукт в производстве алюминия. Применяется для синтеза других соединений алюминия (в том числекриолита), органических красителей, как лекарственный препарат при повышенной кислотности желудочного сока.

Уравнения важнейших реакций:

Термическое разложение

- основная и кислотная диссоциация в растворе

(реакции характеризуют очень малую растворимость в воде и амфотерность гидроксида, поставляющего в раствор одновременно ионы ОН и Н + примерно в равной концентрации; гидроксид диссоциирует слабее, чем сама вода)

Амфотерные свойства

Al(ОН) 3 + ЗНСlразб.) = AlCl 3 + ЗН 2 O

Al(ОН) 3 + NaOH (т) = NaAlO 2 + 2Н 2 O (1000 °C)

Al(ОН) 3 + NaOH(конц.) = Na (p)

Для получения осадка Al(ОН) 3 щелочь обычно не используют из-за легкости перехода осадка в раствор, а действуют на соли алюминия гидратом аммиака. При комнатной температуре образуется Al(ОН) 3 , а при кипячении – менее активный АlO(ОН):

Удобный способ получения Al(ОН) 3 – пропускание СO 2 через раствор гидроксокомплекса:

СO 2 = Al(ОН) 3 ↓ + HCO 3 -

Соли алюминия

Тетрагидроксоалюминат(III) натрияNa – Комплексная соль. С таким составом существует при комнатной температуре в концентрированном растворе NaOH. Для твердого состояния состав условный, так как при кристаллизации из раствора он усложняется (выделены Na 4 , Na 4 и др.). При прокаливании твердые соли разлагаются до диоксоалюмината(III) натрия NaAlO 2 , при разбавлении их растворов – до Al(ОН) 3 . По-разному реагируют с сильными и слабыми кислотами, с хлоридом алюминия и карбонатом аммония.

Уравнения важнейших реакций:

Получение : взаимодействие Al(ОН) 3 и солей алюминия с NaOH в концентрированном растворе:

Al(OH) 3 + NaOH(конц.) = Na

AlCl 3 + 4NaOH(конц.) = Na + 3NaCl

Образуется из оксида алюминия как промежуточный продукт при промышленном «вскрытии» бокситов.

Хлорид алюминияAlCl 3 – Бескислородная соль. Белый, легкоплавкий, сильнолетучий. В паре состоит из ковалентных мономеров AlCl 3 (треугольное строение, sр 2 -гибридизация, преобладают при 440–800 °C) и димеров Al 2 Cl 6 (точнее, Cl 2 AlCl 2 AlCl 2 , строение – два тетраэдра с общим ребром, sр 3 -гибридизация, преобладают при 183–440 °C). Гигроскопичен, на воздухе «дымит». Образует кристаллогидрат, разлагающийся при нагревании. Хорошо растворим в воде (с сильным экзо -эффектом), полностью диссоциирует на ионы, создает в растворе сильнокислотную среду вследствие гидролиза. Реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается при электролизе расплава. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакцияна ион Al 3+ – образование осадка AlРO 4 , который переводится в раствор концентрированной серной кислотой.

Применяется как сырье в производстве алюминия, катализатор в органическом синтезе и при крекинге нефти, переносчик хлора в органических реакциях. Уравнения важнейших реакций:

Получение AlCl 3 в промышленности – хлорирование каолина, глинозёма или боксита в присутствии кокса:

Al 2 O 3 + ЗС (кокс) + ЗCl 2 = 2AlCl 3 + ЗСО (900 °C)

Сульфид алюминияAl 2 S 3 – Бескислородная соль. Белый, связь Al – S преимущественно ковалентная. Плавится без разложения под избыточным давлением N 2 , легко возгоняется. Окисляется на воздухе при прокаливании. Полностью гидролизуется водой, не осаждается из раствора. Разлагается сильными кислотами. Применяется как твердый источник чистого сероводорода. Уравнения важнейших реакций:

Al 2 S 3 + 6Н 2 O = 2Al(ОН) 3 ↓ + 3H 2 S (чистый)

Al 2 S 3 + 6НCl (разб.) = 2AlCl 3 + 3H 2 S

Al 2 S 3 + 24HNO 3 (конц.) = Al 2 (SO 4) 3 + 24NO 2 + 12H 2 O (100 °C)

2Al 2 S 3 + 9O 2 (воздух) = 2Al 2 O 3 + 6SO 2 (700–800 °C)

Получение : взаимодействие алюминия с расплавленной серой в отсутствие кислорода и влаги:

2Al + 3S = Al 2 S 3 (150–200 °C)

Cульфат алюминия-калияKAl(SO 4) 2 – Двойная оксосоль. Белый, гигроскопичный. При сильном нагревании разлагается. Образует кристаллогидрат - алюжокалиевые квасцы.Умеренно растворим в воде, гидролизуется по катиону алюминия. Реагирует со щелочами, гидратом аммиака.

Применяется как протрава при крашении тканей, дубитель кож, коагулянт при очистке пресной воды, компонент составов для проклеивания бумаги, наружное кровоостанавливающее средство в медицине и косметологии. Образуется при совместной кристаллизации сульфатов алюминия и калия.

Уравнения важнейших реакций:

- характеристика элемента железа: электронное строение, возможные степени окисления, основные соединения: оксид, гидроксид, соли.

Железо – элемент 4-го периода и VIIIБ-группы Периодической системы, порядковый номер 26. Электронная формула атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 =[ 18 Ar]3d 6 4s 2 , характерные степени окисления 0, +II и +III (последняя наиболее устойчива).

Шкала степеней окисления железа:

Железо Fe простое вещество. Серый мягкий, ковкий, тугоплавкий металл. Обычное железо медленно окисляется во влажном воздухе (ржавеет), чистое железо коррозии не подвергается. Не реагирует с водой, пассивируется в концентрированных серной и азотной кислотах.

Компактный металл покрывается при нагревании на воздухе оксидной пленкой (окалиной), а порошок сгорает; реагирует с хлором и серой:

Восстанавливает водяной пар (старый способ получения водорода в промышленности):

3Fe + 4Н 2 O (пар) = (Fe II Fe 2 III)O 4 + 4Н 2 (800 °C)

В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НCl и H 2 SO 4 , при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2Н + = Fe 2+ + Н 2

(реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe II постепенно переводится кислородом в Fe III).

При действии на железо более сильного окислителя (здесь – азотная кислота) оно сразу переходит в катион Fe 3+ :

Fe + 4HNO 3 (разб.) = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

Fe + 2NaOH (50 %) + 2Н 2 O = Na 2 ↓ + Н 2

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Железо вытесняет (по ряду напряжений) менее активные металлы из растворов их солей:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu↓

Железо медленно окисляется во влажном воздухе (ржавеет ), из-за рыхлости коричневой ржавчины (Fe II Fe 2 III)O 4 защитный слой не создается. Процесс ржавления:

Техническое железо – сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Mn, Ni, Cr), что придает сплавам железа технически полезные свойства – твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.

Оксид железа(II)FeO – Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ O 2- . При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

Получение в лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150–200 °C)

FeCO 3 = FeO + СO 2 (490–550 °C)

Оксид дижелеза (III) – железа(II) (Fe II Fe 2 III)O 4 – двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 . Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe 3 O 4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

Получение : сгорание железа (см.) на воздухе.

магнетит.

Оксид железа(III)Fe 2 O 3 – Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fe 3+) 2 (O 2-) 3 . Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fe 2 O 3 nН 2 O. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды - шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

Получение в лаборатории – термическое разложение солей железа(III) на воздухе:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500–700 °C)

4{Fe(NO 3) 3 9 H 2 O} = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600–700 °C)

В природе – оксидные руды железа гематит Fe 2 O 3 и лимонит Fe 2 O 3 nН 2 O.

Гидроксид железа (II)Fe(OH) 2 – Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fe – ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Получение : осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

Fe 2+ + 2OН(разб.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2(NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓ + 2NH 4 +

Метагидроксид железаFeO(OH) – Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fe–О и Fe – ОН преимущественно ковалентные.

При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fe 2 O 3 nН 2 O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FeO(OH). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fe(OH) 2 . Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fe(OH) 3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

Получение : осаждение из раствора солей железа(III) гидрата Fe 2 O 3 nН 2 O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе – оксидная руда железа лимонит Fe 2 O 3 nН 2 O и минерал гётит FeO(OH).

Соли железа:

Феррат калияK 2 FeO 4 – Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель. Качественная реакция – образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов – промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

Получение : образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FeO(OH), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

Fe + 2KOH + 2KNO 3 = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O (420 °C)

и электролизе в растворе:

(феррат калия образуется на аноде).

Качественные реакции на ионыFe 2+ и Fe 3+ . Обнаружение ионов Fe 2+ и Fe 3+ в водном растворе проводят с помощью реактивов K 3 и K 4 соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, KFe III . В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь,или турнбуллева синь:

Fe 2+ + К + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

K 3 – гексацианоферрат (III) калия

K 4 – гексацианоферрат (II) калия

KFe III – гексацианоферрат (II) железа(III) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fe 3+ является тиоцианат-ион NCS - , железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

Fe 3+ + 6NCS – = 3-

Этим реактивом (например, в виде соли KNCS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

Хлорид железа(Н)FeCl 2 – Бескислородная соль. Белый (гидрат голубовато-зеленый), гигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. При сильном нагревании летуч в потоке HCl. Связи Fe – Cl преимущественно ковалентные, пар состоит из мономеров FeCl 2 (линейное строение, sp-гибридизация) и димеров Fe 2 Cl 4 . Чувствителен к кислороду воздуха (темнеет). Хорошо растворим в воде (с сильным экзо -эффектом), полностью диссоциирует на ионы, слабо гидролизуется по катиону. При кипячении раствора разлагается. Реагирует с кислотами, щелочами, гидратом аммиака. Типичный восстановитель. Вступает в реакции ионного обмена и комплексообразования.

Применяется для синтеза FeCl 3 и Fe 2 O 3 , как катализатор в органическом синтезе, компонент лекарственных средств против анемии.

Уравнения важнейших реакций

Получение: взаимодействие Fe с соляной кислотой:

Fe + 2НCl = FeCl 2 + Н 2

(в промышленности используют хлороводород и ведут процесс при 500 °C).

Хлорид железа(III)FeCl 3 – Бескислородная соль. Черно-коричневый (темно-красный в проходящем свете, зеленый в отраженном), гидрат темно-желтый. При плавлении переходит в красную жидкость. Весьма летуч, при сильном нагревании разлагается. Связи Fe – Cl преимущественно ковалентные. Пар состоит из мономеров FeCl 3 (треугольное строение, sр 2 -гибридизация, преобладают выше 750 °C) и димеров Fe 2 Cl 6 (точнее, Cl 2 FeCl 2 FeCl 2 , строение – два тетраэдра с общим ребром, sр 3 -гибридизация, преобладают при 316–750 °C). Кристаллогидрат FeCl 3 6Н 2 O имеет строение Cl 2Н 2 O. Хорошо растворим в воде, раствор окрашен в желтый цвет; сильно гидролизован по катиону. Разлагается в горячей воде, реагирует со щелочами. Слабый окислитель и восстановитель.

Применяется как хлорагент, катализатор в органическом синтезе, протрава при крашении тканей, коагулянт при очистке питьевой воды, травитель медных пластин в гальванопластике, компонент кровоостанавливающих препаратов.

Уравнения важнейших реакций:

Сульфид железа (II)FeS – Бескислородная соль. Черно-серый с зеленым оттенком, тугоплавкий, разлагается при нагревании в вакууме. Во влажном состоянии чувствителен к кислороду воздуха. Нерастворим в воде. Не выпадает в осадок при насыщении растворов солей железа(II) сероводородом. Разлагается кислотами. Применяется как сырье в производстве чугуна, твердый источник сероводорода.

Соединение железа(III) состава Fe 2 S 3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

Получение:

Fe + S = FeS (600 °C)

Fe 2 O 3 + H 2 + 2H 2 S = 9 FeS + 3H 2 O (700-1000 °C)

FeCl 2 + 2NH 4 HS (изб.) = FeS ↓ + 2NH 4 Cl + H 2 S

Дисульфид железаFeS 2 – Бинарное соединение. Имеет ионное строение Fe 2+ (-S – S-) 2- . Темно-желтый, термически устойчивый, при прокаливании разлагается. Нерастворим в воде, не реагирует с разбавленными кислотами, щелочами. Разлагается кислотами-окислителями, подвергается обжигу на воздухе. Применяется как сырье в производстве чугуна, серы и серной кислоты, катализатор в органическом синтезе. В природе – рудные минералы пирит и марказит.

Уравнения важнейших реакций:

FeS 2 = FeS + S (выше 1170 °C, вакуум)

2FeS 2 + 14H 2 SO 4 (конц., гор.) = Fe 2 (SO 4) 3 + 15SO 2 + 14Н 2 O

FeS 2 + 18HNO 3 (конц.) = Fe(NO 3) 3 + 2H 2 SO 4 + 15NO 2 + 7H 2 O

4FeS 2 + 11O 2 (воздух) = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3 (800 °C, обжиг)

Сульфат железа (II)FeSO 4 – Оксосоль. Белый (гидрат светло-зеленый, техническое название железный купорос), гигроскопичный. Разлагается при нагревании. Хорошо растворим в воде, в малой степени гидролизуется по катиону. Быстро окисляется в растворе кислородом воздуха (раствор желтеет и мутнеет). Реагирует с кислотами-окислителями, щелочами, гидратом аммиака. Типичный восстановитель.

Применяется как компонент минеральных красок, электролитов в гальванотехнике, консервант древесины, фунгицид, лекарственное средство против анемии. В лаборатории чаще берется в виде двойной соли Fe(NH 4) 2 (SO 4) 2 6Н 2 O (соль Мора), более устойчивой к действию воздуха.

Уравнения важнейших реакций:

Получение:

Fe + H 2 SO 4 (разб.) = FeSO 4 + H 2

FeCO 3 + H 2 SO 4 (разб.) = FeSO 4 + CO 2 + H 2 O

- применение соединений алюминия и железа.

Железо - один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.

Железо является основным компонентом сталей и чугунов - важнейших конструкционных материалов.

Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов - например, никелевых.

Магнитная окись железа (магнетит) - важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.

Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.

Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.

Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.

Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.

Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.

Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

Алюминий широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве - лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьем в авиационной и авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняется композитными материалами, в первую очередь, углеволокном).

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала - малая прочность, поэтому для упрочнения его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 ом−1) по сравнению с медью (63 ом−1) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку и за счет большего сопротивления вызывающей повышенное нагревание в местах электрических соединений - что, в свою очередь, отрицательно сказывается на надежности контакта и состоянии изоляции.

Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.

Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.

Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.

В производстве строительных материалов как газообразующий агент.

Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.

Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

Как компонент термита, смесей для алюмотермии

В пиротехнике.

Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

Ограничено применяется как протектор при анодной защите.

Сплавы на основе алюминия.

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

Сплав на основе железа и алюминия содержит следующие компоненты, ат.%: алюминий 12-18; хром 0,1-10; ниобий 0,1-2,0; кремний 0,1-2,0; бор 0,1-5; титан 0,01-2,0, а также мг/кг: углерод 100-500; цирконий 50-200; железо - остальное. Техническим эффектом изобретения является повышение механических свойств при температурах свыше 700 o С и значительное улучшение свариваемости. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.,1 ил.

Сплавы железа с алюминием могут применяться в термически сильно нагруженных и подверженных окисляющим и/или корродирующим воздействиям деталях термических машин. Там во все возрастающей мере они должны заменить специальные стали, а также суперсплавы на основе никеля.

В литературной статье "Acceptable Aluminium Additions for Minimal Environmental Effect in Iron - Aluminium Alloys", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 288, s. 971-976, В.К. Сикка и другие описывают сплав железа с алюминием с содержанием около 16 вес.% алюминия и около 5 вес.% хрома, который при необходимости содержит около 0,1 вес.% углерода, и/или циркония, и/или 1 вес.% молибдена. Известный сплав имеет при комнатной температуре по сравнению со сплавами железа с алюминием с содержанием алюминия от 22 до 28 вес.% значительно более высокую пластичность. При температуре 700 o C предел прочности при растяжении этого сплава с механическим напряжением около 100 МПа относительно невелик. Поэтому изготовленные из сплава детали не следовало бы применять при температурах выше 700 o C.

В основе изобретения, как это указано в пункте 1 формулы изобретения, лежит задача разработки сплава железа с алюминием, который отличается хорошими механическими свойствами при температурах свыше 700 o C. Задачей изобретения является также надлежащее применение этого сплава.

Сплав в соответствии с изобретением даже при температурах от 700 до 800 o C еще обладает механическими свойствами, которые позволяют использовать его в механически незначительно нагруженных деталях. Наряду с этим сплав в соответствии с изобретением отличается отличной стойкостью при тепловых ударах и поэтому с особым преимуществом может использоваться в подверженных нагрузкам с изменением температуры деталях тепловых установок, как, в частности, в качестве корпуса или части корпуса газовой турбины или турбонагнетателя или в качестве соплового кольца, в частности, для турбонагнетателя. Помимо этого сплав можно получать с очень небольшими затратами с помощью литья или литья и прокатки. Другое преимущество сплава в соответствии с изобретением заключается в том, что его компоненты содержат исключительно металлы, которые можно приобрести сравнительно недорого и независимо от стратегического и политического влияния.

На чертеже представлена диаграмма, на которой показан предел прочности при растяжении UTS (МПа) сплава I в соответствии с изобретением и сплава II в соответствии с уровнем техники в зависимости от температуры T (o C).

В табл. 1 приведен состав сплава I (в соответствии с предпочтительным примером выполнения изобретения).

В табл. 2 приведен состав сплава II (в соответствии с уровнем техники).

Сплав I выплавляется в электродуговой печи в присутствии аргона в качестве защитного газа. В качестве исходных материалов служили отельные элементы со степенью чистоты выше 99%. Расплав отливался в виде отливки диаметром около 100 мм и высотой около 100 мм. Отливка вновь расплавлялась в вакууме и также в вакууме отливалась в форме цилиндрических стержней диаметром около 12 мм и длиной около 70 мм, в форме каротелей с минимальным диаметром около 10 мм, с максимальным диаметром около 16 мм и длиной около 65 мм или в форме дискообразных пластин диаметром 80 мм, толщиной до 14 мм и радиусом у кромки пластины около 1 мм. В ходе последующей технологической операции в дискообразных пластинах вдоль их оси выполнялось соответственно отверстие диаметром 19,5 мм. Из цилиндрических стержней и каротелей были изготовлены испытуемые образцы для испытаний на растяжение. Пластины предназначены для определения стойкости при тепловых ударах. В соответствии с выбранными размерами испытуемые образцы для определения механической прочности и стойкости при тепловых ударах были изготовлены из имеющегося в продаже и используемого в большом объеме в качестве материала для корпуса газовых турбин сплава II и родственного сплава с меньшим содержанием на 25% кремния и с меньшим содержанием на 40% молибдена.

Испытания на растяжение проводились в зависимости от температуры. В результате для сплава I в соответствии с изобретением был получен предел прочности при растяжении, который при температуре 800 o C с механическим напряжением около 100 МПа был значительно выше, чем предел прочности при растяжении сплава II в соответствии с уровнем техники. Соответствующее относится также и к не показанному на диаграмме сплаву в соответствии с уровнем техники с уменьшенным содержанием кремния и молибдена.

С помощью дискообразных пластин определялась стойкость от тепловых ударов по Гленни. По две пластины каждого сплава циклически нагревались соответственно в псевдоожиженном слое до температуры 650 o C и затем охлаждались с помощью сжатого воздуха до температуры 200 o C. После определенного количества таких циклов нагревания и охлаждения затем было подсчитано количество возможно образующихся на кромке пластин трещин длиной более 2 мм. В табл. 3 указано суммированное количество появившихся на обеих пластинах трещин в зависимости от количества циклов для сплава I в соответствии с изобретением, а также для обоих сплавов в соответствии с уровнем техники.

Из этого видно, что при использовании в качестве материала для корпусов газовых турбин сплавов в соответствии с уровнем техники уже после 240 циклов появляются нежелательные трещины, в то время как сплав в соответствии с изобретением даже после 740 циклов еще не имеет трещин.

Сплав в соответствии с изобретением превосходит используемые сплавы в соответствии с уровнем техники не только относительно механической прочности при температурах выше 700 o C, но и с точки зрения стойкости при тепловых ударах. Поэтому сплав в соответствии с изобретением может использоваться с большим преимуществом в качестве материала для деталей тепловых установок, которые при температурах от 700 до 800 o C обладают еще сравнительно высокой механической прочностью и которые, как корпус газовых турбин, подвержены воздействию нагрузок при изменении температур.

Изготовленный в соответствии с изобретением сплав имеет хорошие прочностные свойства при температурах от 700 до 800 o C и большую стойкость при тепловых ударах тогда, когда содержание алюминия составляет минимум 12 и максимум 18 вес. %. Если содержание алюминия уменьшается ниже 12 вес.%, то ухудшается неокисляемость, коррозинностойкость и стойкость при тепловых ударах сплава в соответствии с изобретением. Если содержание алюминия более 18 вес.%, то сплав приобретает все более хрупкие свойства.

Благодаря добавлению легирующей присадки хрома от 0,1 до 10 вес.% хрома повышается стойкость при тепловых ударах, улучшается неокисляемость и коррозинностойкость. Одновременно с помощью хрома улучшается пластичность. Однако добавление хрома более 10 вес.% вновь ухудшает механические свойства.

Путем добавления легирующей присадки ниобия от 0,1 до 2 вес.% повышается твердость и прочность сплава в соответствии с изобретением. Наряду с ниобием или вместо него в качестве легирующей присадки можно добавлять также от 0,1 до 2 вес.% вольфрама и/или тантала.

Благодаря добавлению легирующих присадок бора от 0,1 до 5 вес.% и титана от 0,01 до 2 вес.% значительно повышается стойкость при тепловых ударах, неокисляемость и коррозионностойкость сплава в соответствии с изобретением. Это обусловлено прежде всего тем, что в этом случае в сплаве образуется тонкодисперсный диборид титана TiB 2 . При высоких температурах и при вызывающих окисление и/или коррозию условиях на поверхности сплава в соответствии с изобретением образуется содержащий в основном окислы алюминия защитный слой. Фаза диборида титана способствует значительной стабилизации этого защитного слоя, так как фаза диборида титана в виде игольчатых кристаллитов проникает из сплава в защитный слой и в результате этого способствует особенно хорошему сцеплению защитного слоя с находящимся под ним сплавом. Содержание бора не должно составлять более 5 вес.%, а содержание титана должно быть не более 2 вес. %, так как в ином случае образуется слишком много диборида титана и сплав приобретает хрупкие свойства. Если содержание бора менее 0,1 вес.% и титана менее 0,01 вес.%, то значительно ухудшаются стойкость при тепловых ударах, неокисляемость и коррозионностойкость сплава в соответствии с изобретением.

Незначительное повышение механической прочности и одновременно значительное улучшение свариваемости достигается благодаря добавлению легирующих присадок: от 100 до 500 мг/кг углерода и от 50 до 200 мг/кг циркония.

Особенно хорошие показатели механической прочности и стойкости при тепловых ударах имеют сплавы следующего состава: от 14 до 16 вес.% алюминия, от 0,5 до 1,5 вес.% ниобия, от 4 до 6 вес.% хрома, от 0,5 до 1,5 вес.% кремния, от 3 до 4 вес.% бора, от 1 до 2 вес.% титана, около 300 мг/кг углерода, около 100 мг/кг циркония, остальное - железо.

1. Сплав на основе железа и алюминия, содержащий хром, ниобий, кремний и бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, углерод и цирконий при следующем соотношении компонентов, ат.%: Алюминий - 12 - 18 Хром - 0,1 - 10,0 Ниобий - 0,1 - 2,0 Кремний - 0,1 - 2,0 Бор - 0,1 - 5,0 Титан - 0,01 - 2,0 а также, мг/кг: Углерод - 100 - 500
Цирконий - 50 - 200
Железо - Остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Алюминий - 14 - 16
Хром - 4 - 6
Ниобий - 0,5 - 1,5
Кремний - 0,5 - 1,5
Бор - 3 - 4
Титан - 1 - 2
а также, мг/кг:
Углерод - Около 300
Цирконий - Около 100
Железо - Остальноел

При плавлении металлы обычно смешиваются, образуя сплавы.

Ещё в глубокой древности люди заметили, что в большинстве случаев сплавы обладают другими, нередко более полезными для человека свойствами, чем составляющие их чистые металлы. Как вы уже знаете, у бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих её меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Значительно чаще применяют их сплавы. Известно немногим более 80 металлов, но из них получены десятки тысяч различных сплавов.

Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твёрдостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддаётся литью, из неё трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза - сплав меди и олова - имеет прекрасные литейные свойства: из неё отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун - сплав железа с углеродом - также великолепный литейный материал. Чистый алюминий - очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из алюминия, магния, марганца, меди и никеля, называемый дюралюминием, в четыре раза прочнее алюминия на разрыв.

Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь - материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с малым коэффициентом термического расширения.

Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и соединения.

По состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, например сплавы меди и олова, золота и серебра, и неоднородными, например чугун, представляющий собой механическую смесь железа и углерода.

Сплавы классифицируют по-разному, в зависимости от того, какой признак взят за основу. Чаще всего сплавы подразделяют по составу. Например, выделяют медные, алюминиевые, никелевые, титановые и другие сплавы.

Есть группы сплавов, носящие общие названия: бронзы, латуни и др. Иногда в названии сплава отмечают особо ценные компоненты: бериллиевые бронзы, вольфрамовая сталь и др.

В металлургии железо и все его сплавы выделяют в одну группу под названием чёрные металлы, остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы.

Подавляющее большинство железных (или чёрных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чугуны и стали.

Чугун - сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно твёрже железа, обычно он очень хрупкий, не куётся, а при ударе разбивается. Этот сплав применяют для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун, и для переработки в сталь - передельный чугун.

В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун (табл. 4).

Таблица 4
Виды и свойства чугуна

	Состав	Свойства	Применение
Серый чугун	Содержит 1,7-4,3% С, 1,25-4,0% Si и до 1,5% Мп. Из-за большого содержания кремния снижается растворимость углерода, поэтому углерод находится в свободном состоянии в виде графита	Сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Свободный углерод придаёт чугуну мягкость	Производство литых деталей (шестерни, колёса, трубы и т. д.), художественное литьё
Белый чугун	Содержит 1,7-4,3% С, более 4% Мп, но очень мало кремния. Углерод в основном содержится в виде цементита - карбида железа Fe 3 C	Твёрдый и хрупкий материал. Эти свойства придаёт цементит, который обладает большой твёрдостью	Переработка в сталь

Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на два основных вида: углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (содержание углерода не превышает 0,3%), средней твёрдости (углерода несколько больше, чем в мягких) и твёрдые (углерода может быть до 2%). Из стали мягкой и средней твёрдости делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твёрдой - различные инструменты и посуду.

Легированная сталь - это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др.

Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии (ржавления). Их применяют в строительстве (например, облицовка колонн станции «Маяковская» московского метро выполнена из хромоникелевой стали (рис. 32)), а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов.

Рис. 32.
Станция метро «Маяковская», облицовка колонн которой выполнена из хромоникелевой стали

Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твёрдые, прочные и жаростойкие. Их используют для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твёрдость при очень высоких температурах. Они служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Свойства некоторых легированных сталей и области их применения представлены в таблице 5.

Таблица 5
Свойства некоторых легированных сталей и их применение

Легирующий элемент	Особые свойства стали	Изделия, для производства которых используется сталь
	Твёрдость и коррозионная стойкость	Инструменты, резцы, зубила
	Вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость	Турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких температурах
Марганец	Твёрдость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению	Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов
	Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость	В самолёто-, ракето- и судостроении. Химическая аппаратура
Вольфрам	Твёрдость и жаропрочность, износоустойчивость	Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп
Молибден	Эластичность, жаростойкость, коррозионная стойкость	Лопасти турбин реактивных самолётов и автомобилей, броневые плиты, лабораторная посуда, детали электронных ламп
	Устойчивость к воздействию кислот	Трансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборы
	Высокая прочность, упругость и устойчивость к ударам	Детали автомобилей, тракторов и других машин, подвергающиеся при работе ударам

Стали - это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности.

В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова.

Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.

Бронза - сплав на основе меди с добавлением (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому её используют в машиностроении для изготовления подшипников, поршневых колец, клапанов, арматуры и т. д. Используют бронзу также и для художественного литья (рис. 33).

Латунь - медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка. Применяют в моторостроении, для изготовления мебельной фурнитуры.

Мельхиор - сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используют его для изготовления сравнительно недорогих столовых приборов и художественных изделий.

Дюралюминий (дюраль, дуралюмин) - сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, его применяют в самолётo- и машиностроении (рис. 34).

Рис. 34.
«Супер Джетт-100»

Новые слова и понятия

1. Сплавы и их классификация.
2. Чёрные металлы: чугуны и стали.
3. Цветные металлы: бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий.

Задания для самостоятельной работы

1. Какой период в истории человечества называют бронзовым веком? Почему?
2. Вычислите количества веществ меди и никеля, которые нужно взять для производства 25 кг мельхиора.
3. Что объединяет два выражения: «легирующие элементы стали» и «привилегированное положение в обществе»?
4. Вычислите объём водорода (н. у.), который образуется при растворении 100 г латуни, содержащей 13% цинка, в соляной кислоте.

Изучение сплава железа с алюминием было начато после первой мировой войны. Работы, проведенные в союзе, Германии, Англии и в других странах, показали, что алюминий значительно увеличивает жаростойкость чугуна. При исследованиях также было найдено, что эти сплавы имеют высокую цементацию, окалиностойкость и хорошую стойкость в окисляющей среде.

Скорость окалинообразования при высоких температурах зависит от свойств образующейся на поверхности металла окисной пленки. Чем она плотнее и однороднее, тем лучше защищает поверхность от окисления. Окислы, входящие в состав пленки, не должны возгоняться, должны быть тугоплавкими и не должны образовывать легкоплавкие эвтектики. Пленка должна иметь низкую ионную проводимость. Жаростойким сплавом принято считать такой, у которого потеря с окалиной не превышает 0,0002 - 0,0004 г/см2/час. Это условие относится к сплавам железа с хромом и кремнием и остается в силе для сплавов железа с алюминием.

Можно сказать, что до настоящего времени наиболее распространенным сплавом для отливок, подвергающихся тепловому и химическому воздействию, был ферхромит и подобные ему сплавы железа с хромом . Сплавы железа с кремнием чаще применяются как коррозионностойкие материалы. Несмотря на то, что сплавы железа с алюминием исследовались в течение ряда лет, они не нашли широкого применения. Большинство исследований этих сплавов ограничилось лишь лабораторными определениями механических, физических и других свойств. При получении качественных отливок из этих сплавов, встретились затруднения, связанные с большой газо-насыщенностью металла, образованием окисных пленок в толще металла, угаром алюминия во время плавки, разрушением отливок при нормальной температуре и т. д., что заставило исследователей не только прекратить работы, но и прийти к заключению, что такие сплавы не могут быть применены на практике. Наиболее полно были исследованы сплавы, содержащие 16 - 20% А1 и 3% C. Из литературы известно, что такие сплавы, называемые «чугаль» (чугун + алюминий), начали выплавлять в бывшем Союзе.

Можно сказать, что, несмотря на исключительные свойства сплава железа с алюминием , он нигде (поскольку об этом можно судить по литературным данным) не производился в больших количествах. Однако как сплавы железа с алюминием, так и пирофераль нуждались в дальнейшей разработке технологии производства отливок, которая могла бы обеспечить высокое качество изделий при минимальных производственных затратах. По просьбе изобретателей один из авторов, З. Эмингер, со своим рабочим коллективом разработал технологию выплавки пирофераля, которая позволяет наладить производство отливок в широком масштабе. Коллективом были получены новые данные об этом сплаве, на основе которых и была разработана технология его производства.

Использование: для холоднокатаной ленты, при изготовлении магнитострикционных преобразователей, применяемых в ультразвуковой технике, в гидроакустике, в аппаратах для химической очистки деталей от загрязнений и т.д. Сущность изобретения: сплав на основе железа содержит, мас. алюминий 5,0 8,5; марганец 0,35 0,60; сера 0,1 0,3; углерод 0,01 0,03; кремний 0,05 0,30; хром 0,01 0,15; никель 0,1 0,20; фосфор 0,005 0,020; азот 0,002 - 0,010; железо остальное. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а точнее сплавам на основе железа, предназначенным для получения холоднокатаной ленты, используемой при изготовлении магнитострикционных преобразователей, применяемых в ультразвуковой технике, в гидроакустике, в аппаратах для химической очистки деталей от загрязнений и т.д.

Известны магнитострикционные сплавы на основе железа и никеля. В этих сплавах величина магнитострикции имеет отрицательный знак, что не всегда удобно для применения сплава в приборах, так как это усложняет их конструкцию. Кроме того, никель, входящий в его состав, делает сплав дорогим и малодоступным.

Известен магнитострикционный сплав 49К2Ф на основе железа, содержащий 49% кобальта и 2% ванадия. Высокое содержание кобальта также делает этот сплав дорогим и малодоступным.

Известны железо-алюминиевые сплавы с содержанием алюминия 8-10% у которых магнитострикция очень сильно зависит от направления и находится в пределах (3-95)х10 -6 , при этом максимальная величина соответствует кристаллографическому направлению (100). Получение поликристаллического материала с четкой кристаллографической текстурой (100) в металлах с объемноцентрированной кубической решеткой, к которым относятся указанные сплавы, представляет значительные трудности.

Наиболее близким является сплав на основе железа, содержащий, алюминий 6-8; марганец 0,2-0,3; сера 0,05-0,2; углерод менее 0,01; кремний менее 0,1. Этот сплав предназначен для получения холоднокатанной ленты и обладает высокими магнитострикционными свойствами. Это сравнительно дешевый сплав, а величина его магнитострикции сохраняется на том же высоком уровне ( (50-70)х10 -6), что и у кобальтсодержащих сплавов.

Однако указанный сплав имеет низкую теплопроводность, что приводит к появлению внутренних термических напряжений в слитке и появлению в нем трещин, что делает невозможным его последующую прокатку. Кроме того, в процессе дальнейшей переработки слитков и изготовления холоднокатанной ленты состав сплава изменяется, в частности уменьшается содержание серы, что вызывает изменение физических свойств. Состав и необходимость получения текстуры сплава-прототипа не позволяет сохранить достаточное количество серы, необходимое для получения высоких магнитострикционных свойств конечного продукта.

В основу изобретения положена задача создать дешевый сплав с высокой магнитострикцией ( (50-70)х10 -6) за счет стабилизации получения совершенной кристаллографической текстуры сплава и более высокой теплопроводностью и технологической пластичностью.

Поставленная задача решается тем, что сплав на основе железа, содержащий алюминий, марганец, серу, углерод, кремний, согласно изобретению дополнительно содержит хром, никель, фосфор, азот при следующем соотношении компонентов, мас. Алюминий 5,0-8,5 Марганец 0,35-0,60 Сера 0,1-0,3 Углерод 0,01-0,03 Кремний 0,05-0,30 Хром 0,01-0,15 Никель 0,01-0,20 Фосфор 0,005-0,020 Азот 0,002-0,010 Железо Остальное.

Введение в сплав алюминия в количестве, меньшем, чем 5% приводит к уменьшению магнитострикции и увеличению электропроводности. Введение алюминия в количестве большем, чем 8,5% приводит к появлению трещин и затрудняет изготовление слитка и его последующую прокатку. Марганец в сплаве связывает в химические соединения серу, в значительной степени влияющие на величину магнитострикции. Введение марганца в количестве меньшем чем 0,35% резко уменьшает магнитострикцию сплава, а увеличение свыше 0,6% приводит к нестабильности образования кристаллографической текстуры.

Кроме того, экспериментально установлено, что введение серы в количестве меньшем чем 0,1% приводит к резкому уменьшению внутренних напряжений в готовой ленте из-за снижения количества сульфидов, что имеет следствием значительное уменьшение магнитострикции. Увеличение количества серы свыше 0,3% приводит к тому, что при горячей ковке и прокатке сплава происходит его разрушение ("красноломкость"). Введение углерода, хрома, никеля, фосфора, азота в сплав в указанных пределах обеспечивает стабильность получения совершенной ребровой текстуры в готовой ленте, что обеспечивает достижение требуемой магнитострикции.

В таблице приведены примеры конкретной реализации изобретения и полученные свойства сплавов.

Описанные составы характеризуются отсутствием трещин при горячей деформации (при последующей прокатке). При этом выплавку сплавов указанных составов осуществляют в индукционной вакуумной печи емкостью 500 кг, ковку на трехтонном молоте, горячую прокатку на полосовом стане "400".

Таким образом, заявляемый сплав на основе железа является относительно дешевым, так как содержит никель, хром и марганец в небольших количествах, имеет высокие значения магнитострикции (50-70)х10 -6 , имеет совершенную кристаллографическую текстуру, и обладает высокой пластичностью, что позволяет его использовать для получения холоднокатанной ленты.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий алюминий, марганец, серу, углерод, кремний, хром, никель и фосфор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азот при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 5,0 8,5 Марганец 0,35 0,60 Сера 0,01 0,3 Углерод 0,01 0,03 Кремний 0,05 0,30 Хром 0,01 0,15 Никель 0,01 0,20 Фосфор 0,005 0,020 Азот 0,002 0,010
Железо Остальное