Автор работы: Хоконов Арсен Замирович
Возраст: 15 лет
Место учебы:МАОУ СОШ №25
Город, регион: г. Сыктывкар, Республика Коми
Руководитель: Постников Яков Валерьевич

Что такое крылатые сплавы?

Содержание

Введение
Дуралюмин 
Кольчугалюминия 
Магниевые сплавы 
Титановые сплавы 
Авиационная сталь
Заключение
Источники информации 

Введение

Крылатые сплавы — это металлы из которого были сделаны фюзеляжи и крылья самолетов.

«Самолетный», «авиационный», «крылатый» - именно так называли главный металл используемый в авиации. А именно алюминий.

История мировой авиации тесно связана с историей создания алюминиевых сплавов, более того — для многих стран путь в небо определялся именно «гонкой за металл».

Чем прочнее, гибче и надежнее становился алюминий, тем выше, дальше и безопаснее летали самолеты.

Я задался вопросом, как алюминий стал главным авиационным металлом и какие металлы используются в авиации, помимо алюминия?

Объектом исследования стала история становления авиационных металлов.

Предметом исследования стали авиационные сплавы .

Цели работы

1-е. Какие металлы использовались и используются в авиации:

2-е. Выяснить тенденции изменения характеристик авиационных металлов;

3-е. В каком направлении будут развиваться авиационные металлы.

Дуралюмин

История авиационных сплавов началась в 1909 году, Немецкий инженер-металлург Альфред Вильм опытным путем установил, если сплав алюминия с незначительным добавлением меди, марганца и магния после закалки при температуре 500 °C и резкого охлаждения выдержать при температуре 20-25 градусов в течение 4-5 суток, он поэтапно становится тверже и прочнее, не теряя при этом пластичности.

Состав сплава алюминий, медь (1,3%), магний 2,8% и марганец (1%).

Такая процедура получила название «старение» или «возмужание».

Впервые сплав был освоен на немецких заводах Dürener Metallwerken и получил торговую марку Dural, откуда и произошло название «дуралюмин».

Первым такой сплав начал использовать немецкий инженер Хуго Юнкерс, в своих самолетах Junk J.1 и J.7 . Он уже пытался построить цельно металлический самолет J1, но из-за большого веса, самолет получился тяжелым с низкой скороподъёмностью и посредственной маневренностью. «Жестяной осел» называли J1 военные. Виной всему был металл. Он был слишком тяжелый.

«Дуралюминий» смог решить вопрос веса. Он был легче металла, но не уступал ему по прочности.

В те годы в нашей стране велись разработки деревянных самолетов, многие из которых были весьма успешными. Правительство СССР к идее запустить в небо металл отнеслось без энтузиазма: алюминий в стране был импортным, да и тайну дюраля немецкие конструкторы оберегали свято.

Кольчугалюминия

В 1918 году по настоянию конструктора А.Н. Туполева и профессора Московского государственного университета Н.Е. Жуковского был создан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором начались разработки новых моделей самолетов и исследования металлических сплавов. ЦАГИ работал совместно с некоторыми металлолитейными заводами, что позволяло оперативно получать и тестировать новые варианты металла. Четыре года старания исследователей были безрезультатны — созданные сплавы не проходили проверку на прочность.

Весной 1922 года в ЦАГИ был доставлен фюзеляж сбитого истребителя Junkers D.I — бесценный с точки зрения отечественной авиации трофей. Для изучения состава металлического покрытия самолета была организована отдельная группа «Секция испытания материалов».Исследователи не просто определили формулу дюраля, но и смогли разработать более прочный вариант сплава, способный конкурировать с иностранными разработками.

В конце 1922 года завод начал производство «кольчугалюминия» — первого советского высокопрочного сплава.

В 1923 году конструкторскому бюро Туполева был предоставлен полный «самолетный» комплект — листовой, гофрированный и профилированный кольчугалюминий. Началась работа по созданию конкурента Юнкерсу — советского самолета АНТ-2.

28 мая 1924 года прошли успешные испытания советского цельнометаллического самолета АНТ-2. Советский алюминий взял первую высоту!

Магниевые сплавы

Магний – самый легкий конструкционный материал, используемый в промышленных масштабах. Сплавы магния весят вчетверо меньше стали. Применение магниевых сплавов в конструкциях летательных аппаратов позволяет уменьшить их массу и расход топлива. Кроме того, магний прекрасно обрабатывается и может быть отлит и переделан любыми стандартными методами металлообработки (прокатка, штамповка, волочение, ковка, сварка, пайка, клепка). Поэтому его основная область применения – в качестве легкого конструкционного металла. Удельная прочность магниевых сплавов в 1,5–2,0 раза выше, чем алюминиевых, поэтому они прекрасно поглощают ударные и вибрационные нагрузки, в результате чего используются для изготовления таких деталей, как авиационные и автомобильные колеса, силовые детали самолетов и вертолетов, корпуса и крышки агрегатов, передние и средние опоры двигателей и др.

Титановые сплавы

Авиатехника сверхзвуковых скоростей столкнулась с повышенными температурами обшивки летательного аппарата, где алюминий не может быть использован из-за низкой жаропрочности. Потребовались конструкционные материалы, надежно работающие в сложной комбинации силовых и температурных полей при воздействии агрессивных сред, излучений и высоких давлений. Этим требованиям отвечает титан и его сплавы.
Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля композиционных материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает ресурс комплектующих изделий.

Авиационная сталь

Немногочисленные цельностальные самолёты, строившиеся в 1930-х годах, себя не оправдали. Собирать сварные конструкции из очень тонких стальных листов было сложно и дорого: малейшая оплошность – и лист «прогорал». Требовалась очень высокая квалификация рабочих, но всё равно сварное соединение становилось слабым местом, с которого начиналась коррозия. Выяснилось, что самолёты из нержавеющей стали приходят в негодность через 2-5 лет именно из-за ржавчины, появляющейся в месте сварки.

В годы Второй Мировой войны, когда алюминия не хватало, проекты стальных самолётов реанимировали. Значительная доля стали использовалась, к примеру, в конструкции планера реактивного истребителя Мессершмитт Ме-262. Но самой масштабной программой осталась постройка 20 цельностальных транспортных монопланов Бадд RB-1 «Conestoga» в США. Впрочем, они с самого начала рассматривались как временная мера для борьбы с «дюралевым голодом».
Вновь сталь вернулась в авиацию на вполне законных основаниях уже после войны, когда самолетостроители начали проектировать самолеты, способные летать со скоростями, соответствующими большим значениям числа М. Тут, к примеру, можно вспомнить знаменитый МиГ-25 , конструкция которого на 80% по массе выполнена из стали.

Различные сорта углеродистых и специальных (легированных) сталей широко применяются в самолетостроении и моторостроении для изготовления сильно нагруженных деталей. Кроме высокой прочности, стальные детали обладают большой износостойкостью и устойчивостью против коррозии. Специальные жароупорные стали обеспечивают достаточную прочность и стойкость нагревающимся до высокой температуры деталям авиационных двигателей, например, клапанам, температура которых при работе двигателя достигает 700°, лопаткам турбин в турбореактивном двигателе.

Высокие свойства разработанных за последние годы сортов стали позволили в ряде случаев заменять сталью даже легкие сплавы. Так, лонжероны крыла раньше изготовляли преимущественно из дуралюминовых труб или профилей, а сейчас их делают очень часто из стальных профилей.

Заключение

В современных авиационных конструкциях наибольшее применение находят высокопрочные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, стали, в том числе высокопрочные легированные и коррозионно-стойкие, и композиционные материалы. Правильный выбор материала элементов конструкции может существенно улучшить весовые и летно-тактические характеристики самолета, а также снизить материальные затраты на его производство и эксплуатацию. Наибольшее внимание при выборе материала уделяется удовлетворению требования обеспечения необходимых прочности и жесткости конструкции при наименьшей массе, обеспечению весовой выгодности или весовой эффективности материала. Широкое применение в авиастроительной промышленности композиционных материалов (КМ) (например, углепластиков) требует применения титана, т.к. он намного лучше алюминия соединяется с КМ и на 60% увеличивает жизнь летательных аппаратов. Сплавы титана имеют преимущество над другими «крылатыми» сплавами. Композиционные материалы на основе титана обладают высокими технологическими характеристиками.

Источники информации

А. Жирнов. Крылатые металлы и сплавы. Наука и жизнь, № 6, 2007