Хөнгөн цагаан нь дэлхийн хамгийн элбэг дэлбэг металл бөгөөд дэлхийн царцдасын 8%-ийг эзэлдэг гурав дахь хамгийн түгээмэл элемент юм. Хөнгөн цагааны олон талт байдал нь гангийн дараа хамгийн өргөн хэрэглэгддэг металл болгодог.
Хөнгөн цагаан үйлдвэрлэл
Хөнгөн цагааныг боксит эрдэс бодисоос гаргаж авдаг. Бокситыг Байерын аргаар хөнгөн цагааны исэл (хөнгөнцагаан исэл) болгон хувиргадаг. Дараа нь хөнгөнцагааныг электролитийн элемент болон Холл-Героултын аргаар хөнгөнцагаан металл болгон хувиргадаг.
Хөнгөн цагааны жилийн хэрэгцээ
Дэлхий даяар хөнгөн цагааны эрэлт жилд 29 сая орчим тонн байдаг. Үүний 22 сая орчим тонн нь шинэ хөнгөн цагаан, 7 сая тонн нь дахин боловсруулсан хөнгөн цагааны хаягдал юм. Дахин боловсруулсан хөнгөн цагааныг ашиглах нь эдийн засаг, байгаль орчны хувьд үр ашигтай. 1 тонн шинэ хөнгөн цагаан үйлдвэрлэхэд 14,000 кВт.ц эрчим хүч шаардагддаг. Үүний эсрэгээр нэг тонн хөнгөн цагааныг дахин хайлуулж, дахин боловсруулахад үүний ердөө 5% нь л шаардагддаг. Онгон болон дахин боловсруулсан хөнгөн цагааны хайлшийн хооронд чанарын ялгаа байхгүй.
Хөнгөн цагааны хэрэглээ
Цэвэрхөнгөн цагаанзөөлөн, уян хатан, зэврэлтэнд тэсвэртэй бөгөөд цахилгаан дамжуулах чанар өндөртэй. Үүнийг тугалган цаас болон дамжуулагч кабельд өргөн ашигладаг боловч бусад хэрэглээнд шаардлагатай өндөр бат бэхийг хангахын тулд бусад элементүүдтэй хайлшлах шаардлагатай. Хөнгөн цагаан нь хамгийн хөнгөн инженерийн металлуудын нэг бөгөөд бат бэхийн жингийн харьцаагаараа гангаас илүү юм.
Хөнгөн цагаан нь бат бөх, хөнгөн, зэврэлтэнд тэсвэртэй, дахин боловсруулах боломжтой, хэлбэржих чадвартай зэрэг давуу талуудынхаа янз бүрийн хослолыг ашиглан улам бүр олон салбарт ашиглагдаж байна. Энэхүү бүтээгдэхүүний төрөл нь бүтцийн материалаас эхлээд нимгэн сав баглаа боодлын тугалган цаас хүртэл янз бүр байдаг.
Хайлшийн тэмдэглэгээ
Хөнгөн цагааныг ихэвчлэн зэс, цайр, магни, цахиур, манган, литийн хайлшаар хольдог. Мөн хром, титан, цирконий, хар тугалга, висмут, никелийн бага хэмжээний нэмэлтүүдийг хийдэг бөгөөд төмөр нь үргэлж бага хэмжээгээр агуулагддаг.
Нийтдээ 300 гаруй төрлийн хайлш байдаг бөгөөд тэдгээрийн 50 нь түгээмэл хэрэглэгддэг. Тэдгээрийг ихэвчлэн АНУ-д үүссэн бөгөөд одоо нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн дөрвөн оронтой системээр тодорхойлдог. Хүснэгт 1-т хайлшийн системийг тайлбарласан болно. Цутгамал хайлш нь ижил төстэй тэмдэглэгээтэй бөгөөд таван оронтой систем ашигладаг.
Хүснэгт 1.Хөнгөн цагаан хайлшаар хийсэн тэмдэглэгээ.
| Хайлшлах элемент | Дарсан |
|---|---|
| Байхгүй (99%+ хөнгөн цагаан) | 1XXX |
| Зэс | 2XXX |
| Манган | 3XXX |
| Цахиур | 4XXX |
| Магни | 5XXX |
| Магни + Цахиур | 6XXX |
| Цайр | 7XXX |
| Лити | 8XXX |
1XXX гэж тэмдэглэгдсэн хайлшгүй хөнгөн цагаан хайлшийн хувьд сүүлийн хоёр цифр нь металлын цэвэршилтийг илэрхийлнэ. Хөнгөн цагааны цэвэршилтийг 0.01 хувийн нарийвчлалтайгаар илэрхийлсэн үед эдгээр нь аравтын бутархайн цэгийн дараах сүүлийн хоёр цифртэй тэнцүү байна. Хоёр дахь цифр нь хольцын хязгаарын өөрчлөлтийг заана. Хэрэв хоёр дахь цифр нь тэг бол энэ нь хайлшгүй хөнгөн цагаан нь байгалийн хольцын хязгаартай байгааг, 1-ээс 9 хүртэлх нь бие даасан хольц эсвэл хайлшийн элементүүдийг заана.
2XXX-ээс 8XXX хүртэлх бүлгүүдийн хувьд сүүлийн хоёр цифр нь бүлэгт байгаа өөр өөр хөнгөн цагаан хайлшийг заана. Хоёр дахь цифр нь хайлшийн өөрчлөлтийг заана. Тэг гэсэн хоёр дахь цифр нь анхны хайлшийг, 1-ээс 9 хүртэлх бүхэл тоо нь дараалсан хайлшийн өөрчлөлтийг заана.
Хөнгөн цагааны физик шинж чанар
Хөнгөн цагааны нягтрал
Хөнгөн цагаан нь ган эсвэл зэсийн нягтралын гуравны нэг орчим байдаг тул арилжааны хувьд хамгийн хөнгөн металлын нэг юм. Үүний үр дүнд үүссэн өндөр бат бэх жингийн харьцаа нь үүнийг чухал бүтцийн материал болгодог бөгөөд энэ нь ялангуяа тээврийн салбарт ачааллыг нэмэгдүүлэх эсвэл түлшний хэмнэлтийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.
Хөнгөн цагааны бат бөх чанар
Цэвэр хөнгөн цагаан нь өндөр суналтын бат бэхтэй байдаггүй. Гэсэн хэдий ч манган, цахиур, зэс, магни зэрэг хайлшийн элементүүдийг нэмэх нь хөнгөн цагааны бат бэхийн шинж чанарыг нэмэгдүүлж, тодорхой хэрэглээнд тохирсон шинж чанартай хайлшийг бий болгодог.
Хөнгөн цагаанхүйтэн орчинд сайн зохицдог. Энэ нь гангаас давуу талтай бөгөөд температур буурах тусам суналтын бат бэх нь нэмэгдэж, хатуулаг чанараа хадгалдаг. Нөгөөтэйгүүр, ган нь бага температурт хэврэг болдог.
Хөнгөн цагааны зэврэлтэд тэсвэртэй байдал
Агаарт өртөхөд хөнгөн цагааны гадаргуу дээр бараг тэр даруй хөнгөн цагааны ислийн давхарга үүсдэг. Энэ давхарга нь зэврэлтэнд маш сайн тэсвэртэй. Энэ нь ихэнх хүчилд харьцангуй тэсвэртэй боловч шүлтэд бага тэсвэртэй.
Хөнгөн цагааны дулаан дамжуулалт
Хөнгөн цагааны дулаан дамжуулалт нь гангийнхаас гурав дахин их байдаг. Энэ нь хөнгөн цагааныг дулаан солилцуур гэх мэт хөргөлт болон халаах хэрэглээнд чухал материал болгодог. Хоргүй шинж чанартай тул хөнгөн цагааныг хоол хийх хэрэгсэл, гал тогооны хэрэгсэлд өргөн ашигладаг гэсэн үг юм.
Хөнгөн цагааны цахилгаан дамжуулах чанар
Зэсийн хамт хөнгөн цагаан нь цахилгаан дамжуулагч болгон ашиглахад хангалттай өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай. Түгээмэл хэрэглэгддэг дамжуулагч хайлш (1350)-ийн цахилгаан дамжуулах чанар нь цэвэрлэсэн зэсийн ердөө 62% орчим боловч жингийн гуравны нэгтэй тэнцүү тул ижил жинтэй зэстэй харьцуулахад хоёр дахин их цахилгаан дамжуулах чадвартай.
Хөнгөн цагааны тусгал
Хэт ягаан туяанаас хэт улаан туяа хүртэл хөнгөн цагаан нь цацрагийн энергийн маш сайн тусгал юм. Харагдах гэрлийн тусгал нь ойролцоогоор 80% байдаг нь гэрлийн хэрэгсэлд өргөн хэрэглэгддэг гэсэн үг юм. Тусгал нь ижил шинж чанартай байдагхөнгөн цагаанЗуны улиралд нарны гэрлээс хамгаалах, өвлийн улиралд дулаан алдалтаас хамгаалах дулаалгын материал болгон ашиглахад тохиромжтой.
Хүснэгт 2.Хөнгөн цагааны шинж чанар.
| Үл хөдлөх хөрөнгө | Үнэ цэнэ |
|---|---|
| Атомын тоо | 13 |
| Атомын жин (г/моль) | 26.98 |
| Валенси | 3 |
| Кристал бүтэц | Холбооны Харилцаа Холбооны Холбоо |
| Хайлах цэг (°C) | 660.2 |
| Буцалгах цэг (°C) | 2480 |
| Дундаж хувийн дулаан (0-100°C) (кал/г.°C) | 0.219 |
| Дулаан дамжуулалт (0-100°C) (кал/см² °C) | 0.57 |
| Шугаман тэлэлтийн хамтын үр ашиг (0-100°C) (x10-6/°C) | 23.5 |
| 20°C (Ω.cm)-д цахилгаан эсэргүүцэл | 2.69 |
| Нягт (г/см3) | 2.6898 |
| Уян хатан чанарын модуль (GPa) | 68.3 |
| Пуассоны харьцаа | 0.34 |
Хөнгөн цагааны механик шинж чанар
Хөнгөн цагааныг эвдрэлгүйгээр ноцтой деформацид оруулж болно. Энэ нь хөнгөн цагааныг өнхрүүлэх, шахах, зурах, боловсруулах болон бусад механик процессоор үүсгэх боломжийг олгодог. Мөн үүнийг өндөр тэсвэрлэлттэй цутгаж болно.
Хөнгөн цагааны шинж чанарыг тохируулахын тулд хайлшлах, хүйтэн боловсруулах, дулааны боловсруулалтыг бүгдийг нь ашиглаж болно.
Цэвэр хөнгөн цагааны суналтын бат бэх нь 90 МПа орчим байдаг боловч зарим дулаанаар боловсруулдаг хайлшийн хувьд үүнийг 690 МПа-аас дээш хүртэл нэмэгдүүлж болно.
Хөнгөн цагааны стандартууд
Хуучин BS1470 стандартыг есөн EN стандартаар сольсон. EN стандартыг Хүснэгт 4-т үзүүлэв.
Хүснэгт 4.Хөнгөн цагааны EN стандартууд
| Стандарт | Хамрах хүрээ |
|---|---|
| EN485-1 | Шалгалт болон хүргэлтийн техникийн нөхцөл |
| EN485-2 | Механик шинж чанарууд |
| EN485-3 | Халуун цувисан материалын хүлцэл |
| EN485-4 | Хүйтэн цувисан материалын хүлцэл |
| EN515 | Темприйн тэмдэглэгээ |
| EN573-1 | Тоон хайлшийн тэмдэглэгээний систем |
| EN573-2 | Химийн тэмдгийн тэмдэглэгээний систем |
| EN573-3 | Химийн найрлага |
| EN573-4 | Төрөл бүрийн хайлшаар хийсэн бүтээгдэхүүний хэлбэрүүд |
EN стандартууд нь хуучин BS1470 стандартаас дараах чиглэлээр ялгаатай байдаг.
- Химийн найрлага - өөрчлөгдөөгүй.
- Хайлшийн дугаарлалтын систем - өөрчлөгдөөгүй.
- Дулаанаар боловсруулж болох хайлшийн температурын тэмдэглэгээ нь одоо илүү өргөн хүрээний тусгай температурыг хамардаг. Стандарт бус хэрэглээнд (жишээ нь T6151) T-ээс хойш дөрвөн оронтой тоог нэвтрүүлсэн.
- Дулаанаар боловсруулдаггүй хайлшийн температурын тэмдэглэгээ - одоо байгаа температурууд өөрчлөгдөөгүй боловч температурыг хэрхэн үүсгэдэг талаар илүү цогцоор нь тодорхойлсон. Зөөлөн (O) температурыг одоо H111 болгож, завсрын температурыг H112 болгон нэвтрүүлсэн. 5251 хайлшийн хувьд температурыг одоо H32/H34/H36/H38 (H22/H24 гэх мэттэй тэнцүү) гэж харуулав. H19/H22 ба H24-ийг одоо тусад нь харуулав.
- Механик шинж чанар – өмнөх үзүүлэлтүүдтэй ижил хэвээр байна. Туршилтын гэрчилгээнд одоо 0.2% бат бөхийн стрессийг тэмдэглэх ёстой.
- Хүлцэл хязгаарыг янз бүрийн түвшинд чангатгасан.
Хөнгөн цагааны дулааны боловсруулалт
Хөнгөн цагааны хайлшид янз бүрийн дулааны боловсруулалт хийж болно:
- Гомогенжүүлэлт - цутгасны дараа халаах замаар ялгарах чадварыг арилгах.
- Хатууруулах – хүйтэн боловсруулалтын дараа хатууруулах хайлшийг (1XXX, 3XXX болон 5XXX) зөөлрүүлэхэд ашигладаг.
- Хур тунадас эсвэл хөгшрөлтийн хатуурал (2XXX, 6XXX ба 7XXX хайлш).
- Хур тунадасжуулах хатууруулагч хайлшийг хөгшрөхөөс өмнө уусмалын дулааны боловсруулалт.
- Бүрээсийг хатаахад зориулж зууханд халаах
- Дулааны боловсруулалтын дараа тэмдэглэгээний дугааруудад дагавар нэмэгддэг.
- F дагавар нь "хиймэл байдлаар" гэсэн утгатай.
- О гэдэг нь "ариутгасан гагнуурын бүтээгдэхүүн" гэсэн утгатай.
- T гэдэг нь "дулааны боловсруулалт" хийгдсэн гэсэн үг юм.
- W нь материалыг уусмалын дулааны боловсруулалтанд оруулсан гэсэн үг юм.
- H нь "хүйтэн боловсруулалт" эсвэл "хэвийн хатууралт"-тай, дулаанаар боловсруулдаггүй хайлшийг хэлнэ.
- Дулаанаар боловсруулдаггүй хайлшууд нь 3XXX, 4XXX болон 5XXX бүлгийн хайлшууд юм.
Нийтэлсэн цаг: 2021 оны 6-р сарын 16
