1.5.1 鋁的物理性質(zhì)

了解鋁的性質(zhì)對(duì)了解鋁線生產(chǎn)中的一些現(xiàn)象和問(wèn)題是有幫助的。而將其數(shù)據(jù)與鐵和銅來(lái)對(duì)照, 是為了能更好地說(shuō)明問(wèn)題。它們的物理性能列于表1-2。

由表可見(jiàn):

鋁的熔點(diǎn)為660℃, 是銅和鐵的一半左右。一般情況下, 金屬含有雜質(zhì)時(shí), 熔點(diǎn)稍有降低, 如鋁純度為99.6%時(shí)熔點(diǎn)為658.7℃, 99.5%和99.2%時(shí)分別為658℃和657℃。

鋁的熔點(diǎn)雖低, 但其熔化潛熱卻比銅與鐵都大, 達(dá)95 cal/g, 把1 g 660℃的固體鋁熔化成660℃的液態(tài)鋁要用95卡熱量, 相當(dāng)把1 g水升高95℃。

鋁、 銅和鐵的沸點(diǎn)都在2 400℃以上。

鋁的密度為2.7 g/cm3, 是銅和鐵的一半還不到。鋁中的雜質(zhì)如鐵、 硅、 銅, 以及向鋁中添加合金元素, 都會(huì)改變其密度。一般, 銅、 鋅等密度大于鋁的, 則使密度增大, 反之如鎂、 硅等密度小于鋁的, 則使密度降低。

鋁的密度為2.7 t/m3或2.7 g/cm3。鋁的密度不足銅與鐵的一半, 輕。用密度數(shù)據(jù)可以目測(cè)堆放的體積來(lái)估計(jì)質(zhì)量, 反之密度的倒數(shù)為m3/t, 則可由質(zhì)量估算體積。鋁, 銅和鐵分別為0.37, 0.11和0.13 m3/t。

鋁的線膨脹系數(shù)是為23.6 μm/m·℃, 每米長(zhǎng), 每度變化23.6 μm。銅和鐵的線膨脹系數(shù)比鋁小, 分別是鋁的2/3和1/2。還有面膨脹和體膨脹, 其系數(shù)通常以線膨脹系數(shù)的2倍和3倍作近似計(jì)算。

鋁的線膨脹系數(shù)隨溫度升高而增大, 表1-2上給出的是20℃時(shí)的值, 而表1-3上給出了不同溫度區(qū)間的平均值。

隨溫度升高, 鋁的體積膨脹, 密度降低。密度隨溫度的變化示于表1-4。由表可見(jiàn), 在660℃熔點(diǎn)時(shí), 固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài), 此時(shí)的密度值有一突變, 因?yàn)殡S溫度升高, 原子的振動(dòng)增強(qiáng), 使原子間距增大, 體積發(fā)生膨脹, 原子間的約束力減弱。溫度到達(dá)熔點(diǎn)時(shí), 吸收了96 cal/g的熔化潛熱。長(zhǎng)程有序堆集的原子組態(tài)發(fā)生崩潰, 成為短程有序, 有很多地方成無(wú)序堆集, 這就是液態(tài)下的原子組態(tài)。正因?yàn)槿绱? 密度值產(chǎn)生突變, 熔化后溫度繼續(xù)升高, 原子堆集的無(wú)序部分增多, 有序部分的有序程度進(jìn)一步降低, 直到沸騰全部成為無(wú)序。

鋁的比熱為0.21 cal/g·℃, 比銅和鐵大, 比水小, 說(shuō)明每升高一度需要的熱量比銅和鐵多。但用同樣的熱, 水溫變化1℃, 而鋁的溫度可以變化近5℃。

鋁的比熱與溫度有關(guān), 隨溫度的升高而增大, 在熔點(diǎn)時(shí)也有一突變。關(guān)系如表1-5所示。

鋁的20℃時(shí)的導(dǎo)熱率為0.53 cal/(cm·s·℃), 比鐵大而比銅小, 也與溫度有關(guān), 在熔點(diǎn)處也有突變。液態(tài)時(shí)的導(dǎo)熱率約是固態(tài)時(shí)的一半。表1-6是鋁的導(dǎo)熱率與溫度的關(guān)系。

注: 1 cal=4.184 J。