Теплопроводность алюминиево-железовых сплавов, легированных индием и таллием

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ________________________________2008, том 51, №10___________________________

ТЕПЛОФИЗИКА

УДК 536.22

З.Р.Обидов, М.М.Сафаров, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, И.Т.Амонов ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ АЛЮМИНИЕВО-ЖЕЛЕЗОВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ИНДИЕМ И ТАЛЛИЕМ

Теплофизические свойства материалов: теплопроводность, теплоемкость, плотность, температуропроводность являются важнейшими физическими характеристиками, определяющими закономерности поведения этих материалов при различных внешних воздействиях. К сожалению, до настоящего времени такие сведения весьма скупы даже для элементов, а имеющиеся данные носят разрозненный и часто противоречивый характер.

С практической точки зрения сведения о теплофизических свойствах металлов и сплавов важны для высокотемпературной техники, без них невозможно создание надежных аппаратов и конструкций в авиации, космической и лазерной технике, атомной энергетике, прогнозирование поведения материалов в экстремальных условиях. Исследования в высокотемпературной области необходимы для создания многих новых композиционных материалов на основе переходных металлов с лучшими или принципиально новыми физическими свойствами. Отсутствие указанных данных образует пробел в справочных данных о свойствах чистых переходных металлов и их сплавов, а также ограничивает возможности теоретического описания явлений переноса в этих веществах при высоких температурах. Кроме того, существующие нестационарные методы измерения высокотемпературных теплофизических свойств осуществляются с большим температурным шагом, что существенно снижает достоверность имеющихся экспериментальных данных, особенно вблизи магнитных и структурных фазовых переходов. С научной точки зрения изучение комплекса теплофизических свойств чистых металлов и сплавов на их основе в широком интервале температур интересно тем, что они являются удобными модельными объектами.

Многие алюминиевые сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью. Из них отливают цилиндры, корпуса, поршни, кронштейны и другие детали авиационных и автомобильных двигателей.

Исследование теплофизических свойств сплавов алюминия в зависимости от температуры представляет важную научную проблему, имеющую большую практическую значимость.

Данная работа, посвященная исследованию теплопроводности алюминиево-железовых сплавов с индием и таллием в широком интервале температур, имеет целью хотя бы частично восполнить пробел в экспериментальном изучении указанных свойств в интер-

вале 298-673 К и анализе особенностей механизмов переноса тепловой энергии в этих веществах при указанных условиях.

Теплопроводность алюминиево-железовых сплавов с индием и таллием измеряли на установках, разработанных Е.С.Платуновым и его учениками и изготовленных на Актюбинском заводе (ИТХ-400) [1]. Подробная схема, методика измерения и расчет погрешности измеряемых величин приведены в работе [2].

Результаты исследования представлены в табл. 1 и 2, значения коэффициентов А и В в уравнении теплопроводности - в табл. 3.

Как видно из табл. 1 и 2, теплопроводность сплавов алюминия с железом (А1+2.18% Бе) зависит от теплопроводности таллия и индия. При этом теплопроводность таллия меньше, чем теплопроводность индия, соответственно теплопроводность исходного сплава А1+2.18% Бе, легированного индием, больше, чем теплопроводность исходного сплава А1+2.18% Бе с таллием во всем интервале температур. Наименьшее значение теплопроводности при температуре 673 К имеет сплав, содержащий 1% индия.

По известным значениям теплопроводности и концентрации сплавов нами рассчитана температурная зависимость теплопроводности сплава А1+2.18% Бе, легированного индием и таллием (табл. 1, 2).

Таблица 1

Температурная зависимость теплопроводности X, Вт /(м-К) сплава А1+2.18% Бе,

легированного индием

Температура, К Добавка индия, мас.%

0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0

298 233.58 233.56 233.43 233.27 233.11 232.85

323 232.05 232.06 231.93 231.43 231.21 231.05

348 231.65 231.34 230.98 230.65 230.53 230.41

373 230.75 230.63 230.42 230.31 230.13 230.03

398 229.86 229.84 229.71 229.55 229.39 229.22

423 228.54 228.24 228.06 227.86 227.66 227.43

448 224.32 224.03 223.84 223.65 223.45 223.32

473 221.43 221.06 220.13 220.02 219.66 219.45

498 219.16 219.13 219.05 218.83 218.61 218.48

523 218.15 218.00 217.85 217.82 217.64 217.26

548 216.32 216.12 215.02 214.96 214.84 214.63

573 215.62 215.46 214.13 214.02 213.53 212.36

598 213.73 210.68 208.86 206.74 204.36 202.45

623 210.41 210.32 207.54 207.02 206.84 206.13

648 205.62 205.36 203.37 202.46 201.53 200.23

673 189.87 186.68 181.58 181.45 181.26 180.13

Таблица 2

Температурная зависимость теплопроводности X, Bm /(м-К) сплава Al+2.18% Fe,

легированного таллием

Температура, К Добавка таллия, мас.%

0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0

298 232.5 232.4 232.2 232.3 231.4 230.3

323 232.8 232.2 232.0 231.8 231.6 231.4

348 234.5 234.1 233.8 233.6 233.3 233.0

373 235.3 235.0 234.6 234.3 234.1 233.6

398 235.6 234.8 234.2 234.1 233.2 232.1

423 234.4 234.0 233.6 233.4 233.2 231.3

448 233.6 233.1 233.0 232.6 232.3 230.4

473 232.5 232.2 232.0 231.8 231.6 229.5

498 231.4 230.3 230.1 230.7 229.8 228.7

523 230.0 229.8 229.3 229.1 229.0 228.0

548 229.3 228.7 228.4 228.2 228.0 227.4

573 227.5 226.4 226.2 226.1 226.0 225.6

598 226.4 226.2 226.1 226.0 225.2 224.1

623 225.0 224.8 224.3 224.1 223.9 223.7

648 224.2 223.8 223.5 223.3 223.1 222.8

673 222.5 222.0 221.8 221.6 221.3 220.3

Для обобщения экспериментальных данных нами использованы следующие соотно-

шения

Л

Г у Л

Т

V і У

где X - теплопроводность в зависимости от концентрации индия и таллия; Х1 - соответственно теплопроводность при 11=498 К.

Л =

-0.143

Ґ у^Л2

Т Vі! У

+ 0.289

Ґ г^ \

Т ч-'і у

-0.858

А-В Я

1п,Т1

где А и В - коэффициенты уравнения (2), которые приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения коэффициентов А и В в уравнении теплоемкости

Сплавы Коэффициенты уравнения

А В

А1+2.18% Fe+In 232.6 3.3

А1+2.18% Fe+T1 -232.7 -2.5

С помощью уравнения (2) можно рассчитать теплопроводность алюминиево-железовых сплавов с индием и таллием в зависимости от температуры с погрешностью 2%, если известны их концентрации.

Таджикский технический Поступило 11.08.2008 г.

университет им.акад.М.С.Осими

ЛИТЕРАТУРА

1. Платунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин З.В. Теплофизические измерения и приборы, Л.: Машино-строение.1986, 256 с.

2. Safarov M.M., Aminov B.A., Kobuliev Z.V., Rizoev S.G. Specific heat capacity alloy system (1-x)Al+0.015Cu+(1-y)Si+0.1Sn. Proceedings Florida, ICCE / 8, 2001. p. 596-598.

З.Р.Обидов, М.М.Сафаров, И.Н.Ганиев, И.Т.Амонов ГАРМИГУЗАРОНИИ ХУЛА^ОИ АЛЮМИНИЮ О^АН, КИ ИНДИЙ ВА ТАЛЛИЙ ДОРАНД

Натичаи омузиши гармигузаронии хулах,ои алюминию ох,ан, ки индий ва таллий доранд, дар фосилаи васеъи хдрорат оварда шудааст.

Z.R.Obidov, M.M.Safarov, I.N.Ganiev, I.T.Amonov CONDUCTION OF HEAT ALUMINIUM-IRON ALLOYS, ADDITION INDIUM AND THALLIUM

Conduction of heat aluminium-iron alloys is studied with indium and thallium in broad interval of the temperature.