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).
Комментариев нет:
Отправить комментарий