Алюминий летает

Алюминий был первым металлом, который использовали при постройке самолетов. Сначала он заменил деревянные конструкции в каркасах летательных аппаратов, а потом и тканевую обшивку. Сегодня алюминий занимает первое место среди металлов, применяемых в строительстве самолетов и ракет. Алюминий составляет от 2/3 до 3/4 массы пассажирских лайнеров и от 1/20 до 1/2 массы ракет.

Чтобы можно было изготовлять конструкции из алюминия, нужно было создать достаточно прочные сплавы. Прежде всего обнаружили, что определенное количество примесей меди и магния увеличивает прочность алюминия в три-пять раз. Это уже было достижением. После этого попробовали разогреть сплав до 500° С и быстро охладить его в воде. При испытании растяжением обнаружилось, что закаленный сплав стал лишь ненамного прочнее. Затем неожиданно открылось, что спустя несколько дней прочность сплава увеличивается почти вдвое и лишь ненамного снижается его пластичность. При комнатной температуре атомы со временем концентрируются в отдельные образования — «диски», диаметром 50 ангстрем. Поэтому полученный при закалке однофазовый раствор становится неоднородным; от него отделяются мельчайшие частицы алюминия. Это явление называют достаточно странно — естественным старением. В результате закалки и старения механические свойства повышаются до уровня среднеуглеродистой стали. Старение можно ускорить, повышая температуру, — это будет так называемое искусственное старение (оно происходит в течение нескольких часов при температуре 150° С). Полученный прочный сплав называется дюралюминием. Чтобы сохранить эту степень прочности, дюралюминиевые детали в листах соединения не сваривают, а клепают.

Постепенно создавались многие другие сплавы алюминия, предназначенные для обработки под давлением (ковка, штамповка, прокат) и литья. Они содержат 1—15 процентов специальных примесей (медь, магний, марганец, кремний, железо, цинк и т. д.). Государственный стандарт насчитывает более 70 марок сплавов. Большую часть сплавов обрабатывают термически для увеличения их прочности, К примеру, подвергают старению и закаляют, закаляют с частичным старением, закаляют с полным циклом старения до достижения максимальном прочности, закаляют и стабильно отжигают и т. п. Детали, которые будут «работать» при повышенной температуре, обычно проходят отжиг.

Многие алюминиевые сплавы по прочности не уступают среднелегированным сталям, к тому же некоторые из них сохраняют свою прочность не только  в арктическом холоде, но и при температуре сжижения гелия (—268,9° С).

Правда, выяснилось, что многие сплавы хуже сопротивляются коррозии, нежели сам алюминий. Чтобы справиться с этим, применяют специальные примеси, сами изделия красят или лакируют либо химически обрабатывают поверхности (к примеру, анодируют). Листовой дюралюминий, который широко применяется для обшивки самолетов и автобусов, часто покрывают чистым алюминием (толщина покрытия составляет примерно 4% от толщины жести). Этот слой предохраняет дюралюминий от коррозии.

Широко применяется сплав алюминия с кремнием и некоторыми другими элементами, который известен под названием «силумин» (обычно содержит от 4 до 13% кремния). Этот сплав отличается высокой жидкотекучестью и малой усадкой. Его с успехом применяют для изготовления литья сложной конфигурации. Наилучшие механические свойства можно получить, модифицируя силумин смесями натриевых солей или солей фтористого натрия либо калия. Небольшое количество модификатора (около 0,01% массы) может улучшить структуру силумина: кристаллы становятся мельче и место разлома выглядит бархатистым.

Алюминий с полным правом стал одним из первых «космических» металлов. Из его сплавов изготовлена оболочка нашего первого спутника Земли. Они же пошли на обшивку ракет типа «воздух — воздух» и «воздух — земля», а также метеорологических ракет. Первый «летающий» металл все еще главенствует в строительстве самолетов. Примерно три четверти материала, из которого сделаны самолеты Ил-18, Ил-62, Ту-134 и другие, составляет алюминий.

Оболочка корпусов американских ракет «Авангард» и «Титан» тоже была изготовлена из сплавов алюминия (эти ракеты подняли в космос первые американские корабли с астронавтами). И в самом деле, большинство сплавов алюминия теряет свою прочность при температуре больше 120°, однако аэродинамический разогрев ракет непродолжителен и сплавы не теряют работоспособности. Хотя и внедряются теперь новые материалы (титан, магний, и др.), расход алюминиевых сплавов в ракетной и самолетной технике не уменьшается. Очень перспективны сплавы алюминия, армированные бором (они на 60% легче обычных), а также бериллием и стеклом (некоторым из этих композитных материалов присущи совершенно уникальные свойства).

23 Сентябрь 2015 Опубликовано в Мастер-класс

Прокомментировать