Сплав — однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов. Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия.
Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры. Диаграммы состояния показывают устойчивые состояния, то есть состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.
АЛЛЮМИНИЙ
Алюми́ний - относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл в природе.
Применение аллюминия: 1)Применяется в одной из отраслей металлургии – алюмотермии; 2) Алюминаты используются во многих отраслях промышленности; 3) В авиапромышленности; 4) В фармацевтике; 5) Для дубления кож; 6) Для крашения тканей.
Алюминий, как и все элементы, находящиеся в III группе, главной подгруппе, имеет на последнем энергетическом уровне 3 электрона, что объясняет его амфотерные свойства.
Физические свойства аллюминия: Легкий, Пластичный, Не имеет характерного металлического блеска (покрыт тонкой белой пленкой из оксида алюминия), По электропроводности превосходит другие металлы, кроме серебра и меди, Температура плавления – 6600С, Образует с другими металлами легкие, но прочные сплавы.
Химические свойства аллюминия:
n Алюминий активен, но при нормальных условиях активность снижена наличием прочной оксидной пленки, которая защищает металл от атмосферных воздействий.
n Обладает амфотерными свойствами- способность некоторых соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и осно́вные свойства.
Взаимодействует с: Неметаллами, Кислородом, Щелочами, Водой, Кислотами, Оксидами металлов
Алюминиевые сплавы: 1)Деформируемые алюминиевые сплавы; 2)Слоистые алюмостеклопластики СИАЛы; 3) Литейные алюминиевые сплавы.
Деформируемые алюминиевые сплавы:
• Высокопрочные Al сплавы
• Высокоресурсные Al сплавы
• Алюминийлитиевые сплавы пониженной плотности
• Жаропрочные и криогенные Al сплавы
• Свариваемые коррозионностойкие высокотехнологичные Al сплавы
Высокопрочные алюминиевые сплавы: Высокопрочные Al сплавы на базе системы Al-Zn-Mg-Cu (Zr) обладают наивысшей удельной прочностью. Широкое назначение - авиакосмическая и ракетная техника, наземный транспорт. Преимущества: 1) повышенная весовая эффективность 15-25%; 2) длительный ресурс. В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu.
1933-Т2/Т3 - основной высокопрочный ковочный алюминиевый сплав для внутреннего силового набора (фитингов, шпангоутов и др.) широко применен в современных самолетах Ан-148, SSJ. В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu: В95о.ч., В95п.ч - сплавы преимущественно в виде катаных и прессованных длинномерных (до 30 м) полуфабрикатов для обшивок верха крыла, стрингеров, балок, стоек и других элементов фюзеляжа и крыла современных самолетов (Ту-204, Ил-96, Бе-200). Сплав 1933 в состояниях Т2 и Т3 широко применен в современных самолетах Ан-148, SSJ в виде крупногабаритных поковок, штамповок и прессованных полос для массивных элементов внутреннего силового каркаса.
Высокоресурсные Al сплавы: 1163-Т, Т7 - современный высокоресурсный сплав типа дуралюмин с высоким уровнем характеристик трещиностойкости, основной материал для обшивок фюзеляжа и низа крыла.
Алюминийлитиевые сплавы пониженной плотности: 1420-ТГ1(ТВ1) - среднепрочный коррозионностойкий высокомодульный свариваемый сплав пониженной плотности. Предназначен для использования в конструкции самолетов (сварные герметичные отсеки, окантовки иллюминаторов, компоненты кабины); корпусах ракет; в наземном транспорте (штампованные колеса).
Жаропрочные и криогенные Al сплавы:
АК4-1ч. - основной жаропрочный сплав средней прочности для греющихся авиационных конструкций, в том числе для деталей двигателей. АК4-2ч. - сплав с повышенной на 10-15% трещиностойкостью по сравнению со сплавом АК4-1ч. Д20 - разработан для деталей ТРД, работающих при температурах до 300-350°С, сварных деталей и ёмкостей, работающих кратковременно при температурах - 253 до 300°С. 1213 - новый высокопрочный, жаропрочный сплав легированный серебром с повышенной трещиностойкостью. 1215 - сплав повышенной прочности и жаропрочности.
Свариваемые коррозионностойкие высокотехнологичные Al сплавы: АМг2, АМгЗ, АМг6 - термически не упрочняемые сплавы для внутреннего набора самолетов, сварных емкостей и топливных баков, прочность сварных соединений составляет 0,9-0,95 прочности основного материала.
Слоистые алюмостеклопластики СИАЛы: Слоистые алюмостеклопластики СИАЛы - новый класс конструкционных материалов, состоящих из тонких (0,3-0,5 мм) алюминиевых листов и прослоек клеевого препрега со стекловолокнами различной структуры армирования в зависимости от назначений деталей.
Литейные алюминиевые сплавы: Литейные алюминиевые сплавы предназначены для изготовления деталей, обладающих низкой плотностью (2500-2800 кг/м3) и высокой удельной прочностью. АЛ4МС - высокопрочный высокотехнологичный сплав (системы Al-Si-Cu-Mg); ВАЛ12 – высокопрочный сплав (системы Al-Zn-Mg-Cu); ВАЛ14 и ВАЛ18 - жаропрочные сплавы (системы Al-Cu-Mn)
Титан и его сплавы
Среди новых конструкционных металлов весьма перспективны титан и сплавы на его основе, которые имеют два основных преимущества по сравнению с другими материалами: высокую удельную прочность вплоть до температур 450—500° С и отличную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.
Технический титан и однофазные (а-фаза) сплавы титана не упрочняются в результате термообработки. Двухфазные и однофазные метастабильные р-сплавы титана воспринимают упрочняющую термообработку, состоящую из закалки с последующим отпуском. Прочность таких сплавов, подвергнутых термообработке, может быть доведена до 140 кгс/мм2 и более при удовлетворительной пластичности и вязкости.
Большая химическая активность титана при высоких температурах и особенно в расплавленном состоянии по отношению к газам (кислороду, азоту и водороду) затрудняет сварку этого металла. Обязательным условием получения качественного соединения при сварке плавлением является надежная защита от газов атмосферы. Необходимо также тщательно защищать и обратную сторону (корень) шва, даже в том случае, если слои металла не расплавлялись, а только нагревались.
Авиационная промышленность была первым потребителем титана. Создание летательных аппаратов со скоростями близкими к скорости звука и превосходящими ее, определило ряд технических и экономических требований к конструкционным материалам, идущим на изготовление корпуса самолета и его обшивки, а также двигателей, которые невозможно было удовлетворить без применения материалов на основе титана.
Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность действия и маневренность самолетов
При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления кожухов камер сгорания двигателя.
В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д.
Вращающиеся детали роторов авиадвигателей испытывают в полете колоссальную нагрузку. Им приходится работать в условиях высоких температур и динамических воздействий. От их надежности зависят безопасность самолета и жизни людей, что находятся на борту воздушного судна. Следовательно, титан, используемый в этих ответственных узлах, должен быть не просто прочным, а суперпрочным.
В «самолете мечты» Boeing 787 – лидере нового поколения самолетов – половина применяемого титана – ВСМПО-АВИСМЫ. В самолете использован новый высокопрочный титановый сплав VST 5553, созданный профессионалами ВСМПО. Из него изготавливают десятки наименований штамповок, в производстве которых ВСМПО нет равных. А первый заказ на продукцию российской корпорации ВСМПО-АВИСМА Boeing разместил в 1997 году.
