Что такое «крылатые сплавы»

Алюминиево-марганцовистый сплав (АМц) хорошо сваривается и хорошо сопротивляется коррозии. При изготовлении деталей из этого сплава посредством загибки, выколотки и т. д. его надо отжигать при температуре 350-380 в селитровых ваннах в течение 30-40 мин., а в воздушных электрических печах — в течение 1-2 часов, а затем охлаждать в воде. Температура плавления сплава 657°.

На поверхности листов нельзя допускать крупных дефектов: пузырей, плен, глубоких царапин, вмятин, закатов, грязи. Единичные поверхностные пузырьки, царапины, вмятины, риски можно удалять путем зачистки их в пределах допусков на толщину материала.

Магниевые сплавы

Магниевые сплавы типа электрон, применяемые в самолетостроении, содержат примерно 90% магния и 10% прочих металлов, из которых основным является алюминий, марганец и цинк. Благодаря содержанию марганца при коррозии сплава образуется поверхностный слой, предохраняющий металл от распространения коррозии в глубину.

Недостатком магниевых сплавов является легкая окисляемость их под действием влажного воздуха, вследствие чего на поверхности появляется пленка окислов, разъедаемая некоторыми газами и солями. Поэтому для защиты магниевых сплавов от коррозии их погружают в ванны с двухромовокислыми солями. Кроме того, магниевые сплавы легко воспламеняются.

Электрон в виде листов, лент, труб и профилей применяют для изготовления обтекателей, лонжеронов, нервюр и других частей самолетов.

Медные сплавы

Медь — металл розовато-красноватого цвета, очень пластичный, поддающийся ковке и хорошо проводящий электрический ток и тепло. Температура плавления меди 1083 . На воздухе медь медленно покрывается слоем окислов; в сыром воздухе покрывается налетом углекислоты зеленого цвета.

Медь хорошо поддается прессованию, выдавливанию, вытягиванию, сварке и паянию. При холодной обработке медь наклепывается и становится твердой и хрупкой; наклеп устраняется отжигом. В самолетостроении медь применяют в виде листов, лент, прутков и труб.

Латунь — сплав меди с цинком. Температура плавления латуни 800-900°. При холодной обработке латунь нагартовывается. Для устранения нагартовки и облегчения дальнейшей обработки латунь отжигают три температуре 650-700°.

Во влажном воздухе латунь окисляется меньше, чем сталь.

Из листовой латуни изготовляют фланцы, штуцеры и другие детали.

Олово — мягкий тягучий металл белого цвета, весьма устойчивый против коррозии. Олово поставляют в виде чушек, листов и прутков; применяют его, главным образом, для лужения жести, а также для получения сплавов и припоев.

Стальные сплавы

Мягкая углеродистая сталь марки OM идет на изготовление неответственных деталей. Эта сталь поступает на завод в виде листов, проволоки и прутков. Из прутков углеродистой стали изготовляют нормали (болты, гайки, винты и т. д.).

Мягкая сталь марки M применяется в виде листов и труб. Из листового материала изготовляют детали сварных узлов самолета, а из труб — различные сварные конструкции.

Сталь хромомолибденовая листовая отличается высокими механическими свойствами и легкой свариваемостью. Для закалки ее нагревают до 870-890°, выдерживают три этой температуре 10-40 мин. (детали толщиной до 10 мм) и охлаждают в масле или теплой воде с температурой до 30-40°.

Эта сталь поступает на завод в виде листов, лент, прутков, поковок и труб. Листы из хромомолибденовой стали марки 30ХМА выпускают толщиной от 0,3 до 4,0 мм.

Хромансиль

Сталь хромансиль (хромо-марганцево-кремнистая) широко применяется в самолетостроении. Термическая обработка хромансиля не представляет особых трудностей; для закалки сталь нагревают до 870-890 , а затем охлаждают в воде с температурой 20°. По технологическим качествам хромансиль значительно превосходит хромомолибденовую сталь. Обработка хромансиля в цехе почти ничем не отличается от обработки углеродистой стали. Хромансиль хорошо куется, штампуется и легко сваривается.

Хромансиль поступает в виде листов и труб. Листы из стали хромансиль марки 30ХГСА выпускают толщиной от 0,3 до 4 мм.

Нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью против коррозии. Нержавеющая жароупорная сталь марки ЭЯ1Т отличается также сопротивляемостью высоким температурам и поддается газовой и электроконтактной сварке.

Нержавеющую сталь в самолетостроении применяют в виде листов и лент, выпускаемых толщиной от 0,1 до 4 мм.

ПРИМЕНЕНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

В авиационной технике широко используются цветные металлы и сплавы.

В технике к цветным относят все нежелезные металлы. На ихоснове создано большое число сплавов, обладающих широким диапа­зоном свойств, соответствующих требованиям к авиационным мате­риалам. К ним относятся: значительная механическая прочность,высокий предел выносливости в сочетании с малой плотностью. Дляавиастроения очень важна также стоимость материала. На современ­ном этапе развития авиации экономичность часто имеет решающеезначение. Уже сегодня многие новые модели агрегатов, двигателей исамолетов не внедряются по экономическим соображениям. С учетомнеотвратимо надвигающегося истощения природных запасов энерго­носителей земли (уголь, нефть, газ) затраты на производство материа­ лов оказывают значительное влияние на стоимость каждой единицы авиатехники.

Как правило, такие металлы, как Al , Ti и др. в чистом виде вавиатехнике применяют крайне редко. На основе каждого металла создают, большое число сплавов, обладающих самым широким спект­ром свойств. Цветные металлы и их сплавы широко применяют для армирования.

В авиастроении широко применяют алюминиевые сплавы, а также сплавы магния, титана, меди. Находят применение бериллиевые сплавы, сплавы никеля и некоторые тугоплавкие сплавы. Практичес­ки весь каркас самолета или вертолета, во многих случаях корпус авиадвигателя, корпуса большинства агрегатов различных систем, многие трубопроводы изготовлены из цветных сплавов. На самолетах новых поколений многие силовые элементы авиационных конструк­ций будут изготавливать только из высокопрочных алюминиевых сплавов.

В электронных схемах, электротехнических устройствах для изготовления электропроводов широко применяют благородные металлы, сплавы алюминия, никеля, меди, кобальта и др.

Цветные сплавы систематизируют как по технологическим свойствам , так и по механическим характеристикам.

Цветные металлы, на основе которых создают сплавы, чаще всего разделяют на легкие, обладающие малой плотностью (например, Al , Mg ), тяжелые (например, Си, Рв), тугоплавкие(W ,Мо и др.), благород­ные (например, Au , Pt ).Сплавы, полученные на основе перечисленных металлов, могут быть разделены на группы по функциональному н азначению, например антифрикционные, жаропрочные и жаростойкие сплавы, конструкционные и коррозионно-стойкие сплавы.

Антифрикционными называют сплавы, обеспечивающие в под­вижных соединениях низкий коэффициент трения. Это повышает срок службы машины. Кроме того, антифрикционные сплавы обладают высокой износостойкостью.

Жаропрочные сплавы относятся к материалам, обладающим способностью сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием механических нагрузок при высокой температуре. Кроме того, жаропрочные сплавы обладают высоким сопротивлением ползучести.

Жаростойкими называют сплавы, способные сопротивляться воздействию газовой среды при высоких температурах.

Конструкционные сплавы служат для изготовления самых разно­образных деталей самолетов, вертолетов и авиадвигателей. В авиа­технике могут использоваться только те материалы, которые сочетают в себе качества, обеспечивающие выносливость, прочность, надеж­ность и долговечность при низкой плотности и малых затратах на изготовление.

Коррозионностойкие сплавы способны сопротивляться коррозион­ному воздействию окружающей среды и не подвергаться внезапному разрушению из-за высокой скорости коррозионных повреждений. Цветные сплавы по технологическому исполнению могут быть разде­лены на следующие группы: деформируемые, литейные, спеченные и др. Такое деление позволяет представить себе, как получить детали из этих сплавов, например штамповкой, ковкой или литьем.

Большую группу цветных металлов и сплавов на их основе состав­ляют проводниковые материалы, обеспечивающие наименьшее элект­рическое сопротивление. В этой группе металлов используют чистую медь с суммарным содержанием примесей 0,01 %, чистый и техничес­кий алюминий с содержанием примесей 0,02 – 0,5 %. Цветные сплавы на основе Sn ,Рв, Zn , Ag используют для изготовления припоев.

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Алюминий – серебристо-белый металл. Он не имеет полимерных превращений и кристаллизуется в решетке гранецентрированного куба.

Широкое применение алюминия обусловлено его малой плот­ностью (2,7 г/см 3), высокой пластичностью, т.е. способностью обраба­тываться давлением, высокой коррозионной стойкостью. Она получа­ется за счет того, что алюминий быстро покрывается окисной плен­кой ( Al 2 O 3 ), предотвращая проникновение агрессивных веществ к основному металлу. Кроме того, алюминий обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

Но распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди конструкционных металлов. В земной коре содержится около 7,5 % А l , в то время как железа – всего 5,1 %. Алюминий входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и других горных пород.

Сплавы на основе алюминия

Вследствие большого разнообразия свойств алюминиевые сплавы получили весьма широкое распростране­ние, особенно в авиастроении. Все алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые, литейные, спеченные порошковые.

Деформируемые алюминиевые сплавы обладают хорошей пластич­ностью. Из них изготавливают прутки, трубы, листы, профили различ­ных сечений, проволоку, поковки, штамповки. Для изготовления деталей и полуфабрикатов применяют различные методы обработки давлением: прессование, ковку, горячую штамповку, гибку, прокатку, волочение. Пластическую деформацию используют также для упрочнения алюминиевых сплавов , поскольку при этом возникает анизотропия свойств.

Все алюминиевые сплавы можно сваривать различными спосо­бами. При этом в местах сварки устраняется анизотропия свойств,чт o необходимо учитывать. Все деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на упрочняе­мые и неупрочняемые термичес­кой обраоткой (старением).

По химическому составу деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на группы, которые строят по наличию основных элементов, входящих в химический состав сплавов. Наиболее употребительна группа сплавов AI – Си – Mg (дуралюмины). Высокопрочные сплавы имеют в основе А l – Zn – Mg – Си. Сплавы для ковки, штам­повки содержат А l – Mg – Si – Си. Широко применяют сплавы Al – Мп и Al – Mg .Деформируемые алюминиевые сплавы маркируют буквой Д, высокопрочные – буквой В, ковочные – АК.

Литейные алюминиевые сплавы выделены в отдельный класс сплавов, поскольку их объединяет наличие основных свойств: жидко- текучесть, объемная и литейная усадка, склонность к образованию усадочных трещин и ликвации.

Среди литейных алюминиевых сплавов наиболее широко расп­ространены силумины системы А l – Si .Для литья деталей сложной формы, кроме силуминов, применяют сплавы на основе А l – Си – Mg , Al – Си и др. Эти сплавы отличаются от соответствующих по составу деформируемых сплавов более высоким содержанием меди и магния, а также тугоплавких добавок: титана, никеля, железа, хрома и др.

Такие сплавы могут быть использованы как жаропрочные. Как правило, отливки из этих сплавов подвергают термической обработке. Маркируют литейные алюминиевые сплавы буквами A Л.

Имеются два класса алюминиевых сплавов, разделяемых по признаку влияния термообработки на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. Эти сплавы широко применяются в авиастроении.

Неупрочняемые термообработкой алюминиевые сплавы создают на основе систем А l – Mg и А l – М n . В структуре этих сплавов раствори­мость компонентов в алюминии не изменяется и фазовые превращения при нагревании и выдержке не происходят.

Упрочняемые термообработкой алюминиевые сплавы – наиболее широко распространенный класс сплавов.

Термообработка алюминиевых сплавов

Она позволяет получить большое разнообразие структур. В этом случае можно добиться значи­тельного упрочнения, что и обеспечило самое широкое применение термообработки алюминиевых сплавов. Физический смысл термообработки сплавов алюминия состоит в том, что при этом изменяется иконцентрация твердого раствора легирующих элементов в алюминии,При этом меняется фазовый состав, что повышает прочность сплайнпри сохранении достаточной пластичности. Рассмотрим это положение на конкретном примере. В сплаве системы А l – Си образуется интерме таллическое соединение C u AI 2 .Если этот сплав нагреть до 500 – 540° С, то частицы С u А l 2 растворятся в алюминии. При быстром охлаждении фаза С u А l 2 не успевает выделиться из твердого раствора и остается внем, в результате чего получается упрочнение сплава (закалка).Фазовые изменения в алюминиевых сплавах могут происходить нетолько при нагреве, но и при комнатной температуре. Для алюминиевых сплавов наиболее широкое распространение получили следую щие виды термообработки: отжиг, закалка и старение.

Отжиг применяют для улучшения пластичности. При этом полу­чается более равновесное фазовое состояние. В зависимости от поставленной цели отжиг разделяют на три вида: гомогенизирую­щий, рекристаллизационный, а также для разупрочнения.

Гомогенизирующий отжиг проводят, как правило, для устранениянеоднородностей структуры сплава. Температура нагрева при этом450 – 520°С. Время выдержки при этой температуре 4 – 40 ч. После этого сплав охлаждают.

Рекристаллизационный отжиг выполняют для обеспечения высо­кой пластичности и снижения прочности деталей после пластической деформации. Алюминиевые сплавы нагревают до 300 – 500°С, соот­ ветствующих температуре окончания первичной рекристаллизации. Длительность такого отжига 0,5 – 2 ч.

Отжиг для разупрочнения применяют для снижения прочности перед последующей обработкой давлением, например штамповкой.

Закалка может быть применена только для тех сплавов, которые втвердом состоянии могут претерпевать фазовые превращения. Цельзакалки – получить в сплаве предельно неравномерную структуру –пресыщенный твердый раствор с максимальным содержанием леги­рующих элементов. Такая структура обеспечивает возможность даль­нейшего упрочнения старением. Сразу после закалки алюминиевыесплавы не становятся более прочными. Они приобретают заданныехарактеристики прочности после завершения процесса старения, т.е. после окончания фазовых превращений в твердом состоянии.

Таким образом, если в сплаве находятся только компоненты, не растворимые в твердом алюминии, его закалка невозможна.

Закалка алюминиевых сплавов заключается в нагреве их дотемпературы, при которой легирующие элементы частично или пол­ностью растворяются в алюминии. При этой температуре сплав выдер­живают, а затем быстро охлаждают до весьма низкой температуры(10 – 20 °С). Выдержка нужна для прохождения процесса растворения. Кик правило, охлаждение алюминиевых сплавов производят в воде.

Алюминиевые сплавы могут подвергаться процессамстарения при нагреве (обычно 100 – 200 °С) или при комнатной температуре. Старение с нагревом называют искусственным старением. Старение при комнатной температуре называют естественным старением.

Состояние алюминиевых сплавов сразу после закалки называют свежезакаленным. Поскольку при этом существенное повышение прочности еще не началось, деталь или заготовку можно легко обра­батывать (например, гнуть) в течение нескольких часов. Затем твердость и прочность возрастают. В самолетостроительном производстве это свойство используется очень широко.

Сплавы алюминия, применяемые в авиастроении.

В авиастроении наиболее широко применяют деформируемые алюминиевые сплавы – дуралюмины Д1, Д16, Д18. Цифры после буквы Д обозначают номер I марки и никакой другой информации не содержат. Эти сплавы отно­сятся к системе А l – Си – Mg .Из этих сплавов изготавливают прес­сованные прутки, листы, профили, плиты и поставляют в промышлен­ные предприятия.

Дуралюмин Д1 – наиболее старый сплав, предложенный еще в 1906 г. немецким исследователем А. Вильмом – относится к сплавам повышенной прочности. Дуралюмин Д16 относится к сплавам повышенной прочности. Он отличается от Д1 более высоким содержанием магния. Дуралюмины повышенной жаропрочности – Д19, ВАД-1, ВД-17. В них больший процент содержания Mg ,Мп. Кроме того, в сплав ВАД-1 введены Ti и Z г.

Дуралюмины повышенной пластичности (Д18 и В65) отличаются пониженным содержанием Си и Mg ,Это и придает им большую плас­тичность. Вот почему заклепки для авиационных конструкций изго­тавливают часто из дуралюмина В65 или Д18.

Изделия из дуралюмина обычно подвергают закалке и после­дующему естественному старению. При этом необходимо жестко соб­людать рекомендованную температуру нагрева дуралюминов под закалку. Например, нагрев под закалку должен соответствовать температуре 505 “С (Д1, Д19, ВАД-1) или 500 °С (Д16, ВД17, Д18) с допус­ком всего 5 °С. Если осуществить нагрев до более высоких температур, то произойдет оплавление легкоплавких структурных составляющих, которые при охлаждении дадут усадку, что приведет к растрескива­нию. Брак при этом получается неисправимым. При закалке дуралю­минов необходимо обеспечить высокую скорость охлаждения, так как могут произойти фазовые изменения за период переноса детали из печи в охлаждающую ванну, наполненную холодной водой.

Все дуралюмины интенсивно упрочняются при естественном старении. Для сплавов Д1 и Д16 максимальная прочность достигается через 4 суток, а для сплава ВАД1 через 10 суток. Алюминиевые сплавы подвергают различным видам термической обработки.

Приведем некоторые буквенные обозначения, которые ставятся после обозначения марки сплава. Буква А, поставленная сразу после марки, обозначает, что полуфабрикат плакирован. Плакированиепредставляет собой покрытие с помощью прокатки фольгой из техни­ческого алюминия. За очень короткое время он покрывается пленкой окисла А l 2 O 3 и предотвращает проникновение веществ окружающей среды к основному металлу.

Далее, как правило, ставят вид термообработки: Т – твердый,закаленный и естественно состаренный; Т1 – закаленный и искус­ственно состаренный; М – мягкий; МО – мягкий, отожженный; Н –нагартованный, т.е. пластически деформированный для упрочнения после закалки и естественного старения. Режимы закалки и старения обозначаются после буквы Т: Т1, Т2,…, Т7, например лист Д16АТ. Этот лист плакирован, закален и естественно состарен.

Все дуралюмины отличаются пониженной коррозионной стой­костью. Вот почему их всегда защищают либо плакировкой, либо анодированием.

Промышленностью выпускаются высокопрочные алюминиевые сплавы.

Наиболее широко применяют сплавы В95 и В96. Прочность у сплава В95 δ b = 550 МПа, В-96 имеет δ b = 630 МПа, Д16 – δ b = 440 МПа. Сплавы В95 и В96 относятся к системе А l – Си – Mg .Кроме указанных компонентов, в сплав В95 добавлен Zn ,а в сплав В96 – еще Сг.

Алюминиевые сплавы, применяющиеся для ковки и штамповки иотличающиеся высокой пластичностью при температурах обработки 450 – 475°С, подвергают закалке и старению. Наиболее характерными представителями этой группы являются сплавы АК 6 и АК 8 (алюми­ний ковкий № 6 или 8 ). Они относятся к системе А l – Mg – Si – Си. Всплаве АК 8 содержится значительно больше меди, чем в АК 6 . Вотпочему для АК 8 δ b = 440 МПа, в то время как для АК 6 δ b = 380 МПа.

Сплав АК4-1, получающий в настоящее время широкое распрост­ранение, относится к деформируемым алюминиевым сплавам. Однако он обладает еще и свойством жаропрочности, т.е. способностью рабо­тать при температурах до 300 °С без существенных изменений механи­ческих свойств. Жаропрочность этого сплава достигается за счет добавки в сплав Fe , Ni , Ti .

Широко применяют деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой . К ним относятся сплавы систем А l – Mg (АМг) и А l – М n (АМц). В сплавах АМц содержится 1 – 1,6% марганца. В сплавах АМг содержится 2 – 6 % магния. Содержа­ние Mg обозначено в марке сплава, например АМгб (6 % Mg ).Эта группа сплавов обладает прекрасными технологическими свойствами. Они хорошо деформируются и свариваются.

Деформируемые алюминиевые сплавы – основа самолето- ивертолетостроения. Из них изготавливают каркас самолета, вертолета, многие элементы управления, большое число агрегатов, отдельные узлы авиадвигателей. Эти сплавы применяют также в космической технике.

Литейные алюминиевые сплавы обладают тем преимуществом, что Вез дорогостоящей, с большими отходами механической обработки можно получить детали самой сложной пространственной формы.

В авиастроении широко применяют сплавы Ал-9 системы Al – Si – Mg N Л л-19 системы Al – Cu – Mn – Ti .Временное сопротивление сплава Ал-19 достигает 360 МПа. Он обладает устойчивостью против коррозии, Юрошими показателями выносливости.

В настоящее время производят группу сложнолегированных литейных алюминиевых сплавов (Ал-20, Ал-21 и др.) системы Al – Cu – Mg с небольшими добавками Ni ,Сг, Fe , Ti .Их используют как жароропрочные сплавы для работы при температурах 300 – 350 °С.

Широкое распространение получили спеченные алюминиевые сп лавы (САС) и спеченные алюминиевые пудры (САП).

САС – сплавы, спеченные из легированного алюминиевого по­рошка. Такой порошок может быть изготовлен из легированных алюминиевых сплавов. Порошковые сплавы САС-1 и САС-2 применяют В приборостроении и других отраслях промышленности.

CA П- пудры, представляющие собой спеченный алюминий с равномерно распределенными в нем частицами окиси алюминия AI 2 O 3 .САП имеет более высокие показатели прочности, жаропрочности и жаростойкости, чем чистый алюминий. Изделия из САП применяют в некоторых узлах самолетов и энергетических атомных установках.

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

Медь – один из первых металлов, с которыми познакомился человек. Хотя в земной коре меди немного (до 0,01%), однако извест­ны ее богатые месторождения, в которых встречаются даже самородки. Медь и ее сплавы обладают многими ценными свойствами, что определило ее широкое применение.

Медь – металл красновато-розового цвета с кристаллической структурой в виде ГЦК. По электропроводности медь занимает второе место после серебра. Поэтому она – важнейший материал для изго­товления электропроводников (провода, шины, кабеля и т.п.). Медь имеет также высокую теплопроводность, в связи с чем ее широко используют в теплообменниках (радиаторы, холодильники и т.п.). Медь и ее сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На основе меди получены сплавы с очень ценными свойствами. Однако медь относится к тяжелым металлам, ее плот­ность 8,94 г/см 3 . Чистая медь обладает небольшой прочностью и высо­кой пластичностью. Медь отлично обрабатывается, давлением, но плохо – резанием и имеет плохие литейные свойства, поскольку дает большую усадку. Чистую медь и ее малолегированные сплавы широко используют в электротехнике и других видах производства.

Сплавы на основе меди

Медь имеет кристаллическую решетку ГЦК, в ней не обнаружено полиморфных превращений. Она находит широкое применение в промышленности и обозначается буквой М. Наиболее высокую чистоту имеет медь MB (медь высокой очистки), в ней содержится всего до 0,01 % примесей. Еще меньше примесей (до 0,005 %) в меди МЭ, получаемой электронно-лучевой плавкой.

Широко применяют сплавы меди с различными элементами, наиболее распространены следующие легирующие элементы для меди: цинк, алюминий, олово, железо, кремний, марганец, бериллий, никель. Большая часть этих элементов образует с медью твердые растворы.

Медные сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Они могут быть термически упрочняемыми и неупрочняемыми. В промыш­ленности это деление применяют редко. Как правило, медные сплавы делят налатуни, бронзы и медно-никелевые сплавы .

Латунями называют сплавы меди, в которых главным легирующим |лементом является цинк. Их маркируют буквойЛ I и цифрами, харак­теризующими среднее содержание легирующих элементов. Например, ЛатуньЛ196содержит около 96% Си и 4% Zn .Если латунь легирована, кроме цинка, другими элементами, то после буквы Л ставят условное Обозначение легирующих элементов: С – свинец, О – олово, Ж – железо, А – алюминий, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, Ф – фосфор, Б – бериллий, X – хром. Цифры, поставленные после букв, обозначают процентное содержание соответствующего элемента. Например, латунь ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % Си, 1 % Al ,1 % Fe ,остальное цинк (38 %).

Все латуни хорошо свариваются и паяются, обладают высокими литейными свойствами, легко обрабатываются резанием. Латунь применяют для трубок теплообменников (например, радиаторов),

различных деталей арматуры (например, штуцеры), трубопроводов. Легированные латуни применяют также для изготовления деталей приборов, различных патрубков. Вследствие высокой коррозионной стойкости из латуни изготавливают детали, работающие в морской воде.

Бронзы представляют собой все сплавы меди, кроме латуней и медно-никелевых сплавов. По основным легирующим элементам бронзы подразделяют на оловянные, бериллиевые, свинцовые, кре­мнистые и т.п. Бронзы маркируют буквами Бр. Легирующие элементы обозначают так же, как и для латуни. Например, в бронзе БрАЖН 10-4-4 содержится 10 % А l , 4 % Fe и 4% Ni ,остальное С u . Бронзы разделяют также по технологическим признакам на литейные и деформируемые.

По областям применения они могут подразделяться на жаропрочные,антифрикционные. В обозначениях марок бронз эти свойства не отра жаются. Выделяют также группу конструкционных бронз.

Из бронз в авиастроении изготавливают самые разнообрааидетали, работающие на трение, пружинящие детали приборов, различныенаправляющие, шестерни, гайки, втулки, детали подшипник – скольжения и др.

Наиболее широко применяемые бронзы и латуни

Бронзы оловя но-фосфористые БрОФб, 5-0,15; Бр0Ф7-0,2 хорошо обрабатываютсярезанием и давлением, паяются и свариваются. Применяют эти бронзыдля изготовления деталей приборов, подшипников, работающих н

Бронза оловянносвинцовоцинковая БрОЦС5-5-5 весьмакоро зионностойка в атмосферных условиях и пресной воде, хорошообрабатывается резанием. Ее применяют для изготовления различии» втулок, прокладок и других деталей.

Конструкционная алюминиевожелезная бронза БрАЖ9-4 обладав!высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давя» нием. Такую бронзу широко применяют для изготовления шестерен, ниппелей, гаек, шайб и других деталей.

Бронза алюминиевожелезоникелевая БрАЖН10-4 -4 обладает высо кой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и морской воде. Ее используют для изготовления шестерен, гаек, втулок и других деталей, работающих при высоких температурах.

Бронза алюминиевожелезомарганцовистая БпАЖМц10-3-1,5 также обладает высокой коррозионной стойкостью. Из нее изготавливают гайки, направляющие ниппели, шестерни и другие детали.

Существует группажаропрочных бронз. К ним относится крем­нисто-никелевая бронзаБрКН1-3 . Она идет на изготовление деталей, работающих при высоких температурах

В последние годы большое распространение получилибериллиевые бронзы , обладающие высокими износостойкостью, прочностными показателями и высоким пределом выносливости. Они могут работать при температуре от – 299 до +250 °С. Широкое применение бериллиевых бронз ограничивается высокой стоимостью и токсичностью бериллия. Бериллиевые бронзы БрБ2 и др. применяют для изготовления особо ответственных плоских пружин, мембран, трубок и других деталей приборов, работающих при знакопеременных температурах и знакопеременных нагрузках. Их используют также для изготовления нагруженных деталей подшипников.

Кроме бронз, в авиастроении используются некоторые марки латуней. Широко применяют латуньЛ96,обладающую высокой кор­розионной стойкостью. Из нее изготавливают трубопроводы, радиа­торные трубки. Латунь Л68 имеет меньшую коррозионную стойкость, но хорошо обрабатывается давлением.

Большое распространение получила латунь свинцоваяЛ C 59-1.Она коррозионностойка даже в морской воде. Ее применяют для изготовления труб шпилек, ниппелей, втулок. Трубопроводы для топлива и корозионноактивных жидкостей изготавливают из оловянных латунейЛ70-1иЛ62-1.

Весьма коррозионностойка латунь алюминиевожелезная ЛАЖ1-1. Она служит для изготовления деталей, работающих в контакте с пресной и морской водой и для изготовления фасонных деталей приборов.

Металлы на службе самого быстрого вида транспорта.

В предыдущих статьях шла речь об эффективности и выгоде от использования алюминия в производстве транспорта, в том числе и авиационного.
А что же другие металлы?

Магний. Он нашел свое место в производстве современного самолета. Колеса и вилки шасси, передние кромки крыльев, детали сидений, корпусы приборов, различные рычаги и кожухи, двери кабин и фонари – и это далеко не весь перечень применения сплавов магния. В наши дни активно стали использовать магний для изготовки литых крыльев, литых створок люков шасси, которые легче по весу примерно на 25 % и дешевле сборных конструкций из деформируемых сплавов. Например, планер одного из американских истребителей был почти полностью изготовлен из сплавов на основе магния.

Данные литейные магниевые сплавы с редкоземельными присадками практически беспористы, и потому детали, выполненные из этих сплавов, мало подвержены растрескиванию.

Несмотря на то, что упругость магниевых сплавов меньше, чем упругость алюминиевых и железных сплавов, из-за малой плотности этот металл позволяет получать более жесткие и в то же время достаточно легкие конструкции.

В вертолетостроении магний используют для производства двигателей, в некоторых моделях доля магниевых деталей составляет по массе 23 %.

В ракетостроении наиболее популярны в применении сплавы с торием и цирконием. Они заслужили такую популярность благодаря повышенной прочности и жаропрочности. Присадка циркония позволяет улучшить пластичные свойства. В некоторых моделях такие сплавы составляли 25 % по массе.

Внедряют и специальные сплавы с цирконием, которые обладают важной способностью – гасить вибрации снарядов,

Если речь заходит о кратковременно работающих конструкциях, то и здесь при производстве вспоминают про магний, поскольку он благодаря своей высокой теплоемкости способен поглотить много тепла и не успеет перегреться за кратковременный полет.

Ракета “Фолкон” класса “воздух – воздух” на 90% состоит из магниевых сплавов (корпус и многие другие детали). Помимо обшивки корпуса без них не обходятся туннельные обтекатели, корпусы систем наведения, корпусы насосов, топливные и кислородные баки, баллоны пневмосистем, опорные узлы, стабилизаторы и др.

В спутникостроении изданных сплавов выполняют корпус спутника. Корпус изготовляется из двух сферических оболочек, отштампованных из листов сплава толщиной 0,76 мм, и вся эта конструкция подпирается изнутри каркасом из магниевых труб.

Из-за того, что магний заметно возгоняется в высоком вакууме при низкой температуре, корпус покрывается сложным покрытием, одним из предназначений которого является понижение испарения металла.

Титан. Это не только легкий и тугоплавкий метал, но и довольно-таки прочный и пластичный. Вес титана на две трети больше алюминия, прочность больше в 6 раз, а тугоплавкость титана больше чем у алюминия в два с лишним раза.

Он отличается хорошими показателями стойкости. Во влажном воздухе, в морской воде его коррозионная стойкость не хуже нержавеющей стали, а в соляной кислоте во много раз превосходит её. Он, как и нержавеющая сталь, поддается обработке резанием и давлением, а также свариванию и изготовке из него литых деталей.

Основные достоинства титана и его сплавов, такие как комбинация высокой удельной прочности и химической стойкости при нормальных и повышенных температурах (около 300-500º С) делают их незаменимыми в современном самолетостроении и производстве космических кораблей.

В 1956 г. английский летчик Петер Твисс на сверхзвуковом самолете из алюминиевых сплавов “Фейри Дельта-2” установил новый мировой рекорд по скорости полета, достигши на дистанции 15,5 км скорости 1822 км/ч.

Объем мощности двигателя самолета позволял ему развить ещё большую скорость, но пилот на это пойти не мог, так как при превышении рекордной скорости обшивка самолета из дуралюмина нагрелась бы больше чем до 100º С, и это негативно бы сказалось на прочности обшивки самолета. Поэтому, чтобы достигать таких огромных скоростей, обычную дуралюминовую обшивку меняют на титановую, так как использовать более тяжелую сталь при таких скоростях и нагревах не выгодно.

При замене алюминиевых сплавов или стали на титан в пассажирских самолетах, экономия массы деталей составляет примерно 15-40 %. Несмотря на более дорогую стоимость титана, по сравнению с вышеназванными металлами, все дополнительные затраты окупаются.

Пример пассажирских самолетов “Дуглас” показывает, что поначалу из титана изготовляли только некоторые элементы, такие как мотогондолы и противопожарные перегородки. В противопожарных перегородках использование титана эффективно, потому что электропроводность и теплопроводность этого металла в 5 раз меньше чем у стали, и в 15 раз меньше, чем у алюминия. А вот в новых моделях самолетов уже было более 1000 различных деталей из титана и его сплавов.

Использование титановых сплавов в производстве двигателей реактивных самолетов позволяет уменьшить массу на 100-150 кг. Планер тоже становится легче (на 300 и более кг).

В двигателях титан применяют для изготовления деталей воздухосборника, корпуса, лопаток и дисков компрессора, и т.д. Особенно выгодным стало применение титана в новых турбовентиляционных двигателях. В гражданской модели самолета детали из титана составляют 1/7 общей массы турбовентиляционного двигателя, в военной – 1/5 общей массы.

В ракетах из титановых сплавов изготавливают корпусы двигателей второй и третей ступеней, баллоны и шаробаллоны для сжатых и сжиженных газов, сопла и др. У космических капсул “Меркурий” и “Джемини” каркас, наружная и внутренняя обшивки сделаны из титановых сплавов.
Титан в виде литых деталей также активно применяется, так как позволяет сократить объем трудовой обработки резанием и уменьшает отходы дорогого металла.

Что же касается применения титана в авиационной электронике, то тут этот металл очень полезен благодаря своим газопоглощающим способностям. Он поглощает газы, оставшиеся после откачки прибора или попавшие в прибор во время эксплуатации. Титан, нанесенный на поверхность прибора, исполняет роль встроенного насоса, способного работать в течение всей жизни прибора. 500мг титана хватает, что поглощать большие объемы воздуха.

Бериллий. Для тонких профилей, где титан не подходит из-за маленькой удельной жесткости, а сплавы из стали и никеля очень тяжелы, промышленники обращаются к такому металлу, как бериллий.

Его хрупкость, токсичность металлической пыли и пыли из окислов, редкость и дороговизна – препятствия, которые откладывали применение бериллия в самолетостроении и ракетостроении.

Но после многочисленных исследований, открывших возможности улучшения необходимых свойств этого металла, бериллий все-таки взяли на вооружение производители. Сейчас из него изготовляют стержни, трубы и листы для ракетного, авиационного и атомного производства.

Корпуса жидкостнореактивных двигателей из бериллия не только в два раза легче, но и служат в 10 раз дольше ввиду высокой теплопроводности этого материала. Бериллий стал находкой для изготовителей колесных тормозов из-за своей легкости и высокой теплопроводности. Тормоза из бериллия дают экономию массы больше 30%, масса самолета снизилась более чем на 600 кг.

То же самое и с крепежными деталями, меньший вес которых не мешает им переносить нагрузки такие же, как у крепежных деталей из стали. Меньшие центробежные напряжения дисков компрессоров по сравнению с дисками из других металлов – ещё одна заслуга бериллия. Тратится меньше энергии без изменения скорости вращения.

Для защиты сплавов из бериллия от коррозии внедряют методы анодирования. Это позволяет заметно повысить стойкость против окисления при повышенных температурах (жаростойкость).

Также нельзя не отметить, что бериллий благодаря своим свойствам хорошо поглощает тепло, и является гиперпроводником, хорошо проводя электрический ток при низких температурных условиях.

Александр Рыбаков
Источники использованные при написании статьи:

Ш.Я. Коровский “Летающие металлы”

Авиационный алюминий появился в начале 20 века. Его первыми производителем стал промышленный комплекс Германии. После этого металл стал набирать популярность, его научились производить в промышленных условиях. Единственным недостатком производства стал лишь небольшой объем выплавляемой продукции. Добиться большей плотности алюминия пытались многие ученые в самых разных странах. Выделился среди них физик из Германии Альфред Вильгельм. Перебирая во время опытом массу разнообразных элементов для присадки к алюминию в целях укрепления его прочности, неожиданно Альфред открыл «эффект старения» сплавов.

Данный «эффект старения» заключался в том, что металл становился намного прочнее, если воздействовать на него в течение длительного времени методом закалки. Новое открытие сразу же запатентовалось и внедрилось в производство. Так появился дюралюминиевый сплав, получивший широчайшее распространение в сфере авиации. Сплав состоял непосредственно из алюминия, к которому было добавлено 2,8% магния, 1,3% меди и 1% марганца.

Авиационный алюминий получил более краткое и популярное в кругах частого его использования название – авиаль. Авиаль относится к группе сплавов, принадлежащей системе алюминий-магний-кремний. Также в сплав включено небольшое количество других элементов. Открытие окончательной, усовершенствованной формы авиаля принадлежит ученым М. Гейлеру и Д. Хансону.

Состав авиационного алюминия

Позже авиационный алюминий стал обладателем еще одного названия – дюралюминий. К тому моменту его формула стала несколько отличаться. Здесь легирующими элементами выступили: медь, занимающая 4,5% от общей массы, магний (1,6%) и марганец (0,7%). Для данного сплава вывели типовое значения предела текучести, которое составляет 450 МПа. Но показатель может меняться зависимо от различия в составе и способа, применяемого для термообработки. Фирменным названием дюралюминия стал термин «дюраль». В русском языке этот термин употребляется не как фирменное название, а преимущественно в разговорном жанре или же в профессионально-жаргонном.

Авиационный алюминий марка – это понятие, представляющее собой определенную аббревиатуру, выражающую суть состава алюминиевого сплава. Алюминий типа «авиаль», в состав которого, как уже говорилось выше, входят магний и кремний, маркируются аббревиатурами АД, АМц, АЛ и АВ, если сплав с добавлением меди, тогда А8. Дюралюминиевые сплавы обозначаются Д, В. Авиационный алюминий, маркируемый аббревиатурой АВ отлично противостоит коррозийному воздействию, к тому же обладает повышенной пластичностью.

Сплавы АД также обладают повышенной коррозийной стойкостью, удовлетворительно свариваются, их можно обрабатывать с помощью резки. Резка осуществляется в состаренном или же закаленном состоянии. Кроме того, сплавы с аббревиатурой АД пригодны для использования во влажной среде, включая морскую воду. Интервал возможной эксплуатационной температуры составляет диапазон от -70 до +50 градусов Цельсия. Наиболее трудно поддаются пайке авиали с аббревиатурой АМц, а также сплавы АЛ2 (4), В95. Зато у этих сплавов более низкая температура плавления.

Свойства материала

Свойства авиационного алюминия обширны и разнообразны. На них оказывают немалое влияние другие металлические компоненты, которые входят в состав сплавов. Если авиаль содержит менее 0,3% железа, то на механические свойства сплава влияния оно не оказывает. Если же доля железа увеличивается до 0,5 – 0,7%, то свойства прочности и пластичности значительно снижаются. Но, вместе с тем, примесь из железа оберегает сплав от образования трещин при литье. Аналогичный эффект защиты от трещин вызывает добавка титана, только с ней пластичность и прочность увеличиваются.

Добавка цинка никак не влияет на общие свойства авиаля. Здесь следует отметить, что примесь цинка в сплаве совсем не значительна. Примесь меди, допустимая в размере до 0,1% от общей массы, также не влияет на свойства. Большее количество меди добавлять не рекомендуется, так как переизбыток этого материала может вызвать межкристаллитную коррозию. В целом, можно отметить, что основными свойствами авиационного алюминия являются высокая пластичность и неплохая антикоррозийная устойчивость.

Сферы применения

Применение авиационного алюминия, благодаря удачному сочетанию свойств, охватывает практически все отрасли техники. Сплавы АД33, АД31 и АВ широко используются в сфере строительства для изготовления самых разнообразнейших конструкций. Широко применяется авиаль, соответственно, в авиации. Из него изготовляются детали и конструкции для самолетов, лопасти вертолетов. Авиаль участвует даже в конструкциях оформления интерьера самолета.

Автомобильная промышленность использует авиационный алюминий для деталей кузовов и шасси автомобилей. В электротехнической сфере промышленности авиаль применяется в качестве материала для изготовления проводников – труб, профилей, шин. Не обошла вниманием такой материал и отрасль атомной промышленности. Здесь авиационный алюминий выступает в роли защитных оболочек твэл, которые располагаются в некоторых видах водоохлаждающих реакторов. Дополнительно стоит заметить, что дюралюминий достаточно часто применяется в криогенной технике, судостроительстве, при изготовлении железнодорожного транспорта и предметов бытового назначения.

Авиационный алюминий, цена которого достаточно высока, тем не менее, получил широкое распространение. Во многом этому обстоятельству благоприятствовал легкий вес металлического сплава, его пластичность и выведенные экспериментальным путем, показатели прочности. Авиационный алюминий обладает прекрасными механическими свойствами, он чрезвычайно устойчив к образованию коррозии, имеет высокие показатели усталостной прочности и ударной вязкости. Из авиаля легко получаются даже детали с достаточно сложной конструкцией, к примеру, лонжероны лопастей винтов вертолетов.