Глава I II. Авиационные конструкционные металлические материалы

 

34.Современные авиационные конструкционные материалы: классификация по температурам эксплуатации, примеры. Проблемы, стоящие перед разработчиками новых металлических материалов.

 

 

 

35.Конструкционные алюминиевые сплавы. Основные достоинства и недостатки. Применение. Примеры.

Достоинства:

1. Высокая удельная прочность;

2. Высокая стойкость к коррозии на воздухе в результате образования поверхностной защитной пленки Al2O3 по реакции:4Al + 3O2 → 2Al2O3;

3. Температура хладноломкости Tхлад < -200°С (Tхлад определяет переход от вязкого разрушения материала к хрупкому);

4. Высокая технологичность;

5. Низкая стоимость производства.

Недостатки:

1. Низкие теплопрочностные характеристики;

2. Сварка – в среде инертных газов.

Применение:

1. Обшивка самолетов;

2. Шпангоуты, нервюры, стрингеры, лонжероны, тяги управления самолетов;

3. Заклепки;

4. Топливные баки;

5. Детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы;

6. Судо-, машиностроение;

7. Пищевая промышленность.

 

 

36. Конструкционные магниевые сплавы. Основные достоинства и недостатки. Применение. Примеры.

 

Достоинства:

1. Магний – самый легкий (ρ = 1,74 г/см3) из применяемых металлов, поэтому сплавы на основе магния имеют высокие показатели по удельной прочности;

2. Хорошо поглощают механические вибрации (из-за низкого модуля упругости E) и имеют высокие показатели сопротивления ударным назгрузкам;

3. Удовлетворительно работают при температурах до -196°C;

4. Хорошая обрабатываемость (резание, штамповка, прокатка, прессование,ковка и пр.) обуславливает высокий коэффициент использования материала (КИМ) и технологичность;

5. Хорошо свариваются различными видами сварки: прочность сварных швов деформируемых магниевых сплавов составляет ~ 0,9 от прочности основного материала, а сварные швы литых сплавов из-за мелкозернистой структуры иногда даже прочнее основного материала.

Недостатки:

1. Низкие значения пластичности (ГПУ решетка);

2. Низкие значения модуля упругости и жесткости;

3. Низкая коррозионная стойкость – на воздухе магний может воспламеняться, поэтому термообработку проводят только в защитных атмосферах;

4. Высокие плотность и компактность упаковки атомов в ГПУ решетке способствуют замедлению диффузионных процессов, что приводит к необходимости увеличения длительности стадии изотермической выдержки при термообработке.

 

Применение:

1. Передние кромки крыльев, реже детали

планера самолета;

2. Рычаги систем управления, корпуса

приборов, насосов, коробок передач;

3. Двери кабин;

4. Корпуса ракет, топливные и кислородные

баки;

5. Корпуса луноходов

 

37. Конструкционные бериллиевые сплавы. Основные достоинства и недостатки. Применение. Примеры.

 

Достоинства:

1. Высокие показатели удельной прочности и удельной жесткости;

2. Высокие показатели удельной теплоемкости, тепло- и электропроводности;

3. Высокие показатели коррозионной стойкости, размерной стабильности, сопротивления износу, демпфирующей способности;

4. Близкие к сталям значения КТЛР, что определяет их термомеханическую совместимость при соединении;

5. Малое сечение захвата тепловых нейтронов;

6. Высокая отражательная способность (оптическая характеристика).

Недостатки:

1. Низкие значения пластичности (ГПУ решетка), малое сопротивление ударным нагрузкам (KC) и развитию трещин;

2. Токсичность;

3. Дороговизна.

Применение:

1. Элементы конструкций ракетной техники – панели обшивки, лонжероны, шпангоуты, конусы, теплозащитные экраны и пр.;

2. Замедлители и отражатели нейтронов в атомной технике;

3. Размерная стабильность и жесткость определили использование сплавов для производства гироскопов систем управления и наведения ракет;

4. Зеркала (с высокой отражательной способностью) оптических приборов, используемых в космосе;

5. Индикаторы точных приборов.

 

38.Конструкционные титановые сплавы. Основные достоинства и недостатки. Применение. Примеры.

Титановые сплавы

Достоинства:

1. Высокая удельная прочность;

2. Высокая стойкость к химической и электрохимической коррозии (во влажном воздухе, морской воде, азотной и соляной кислотах и пр.) в результате образования поверхностной защитной пленки TiO2, устойчивой до 400-450°С;

3. Малая склонность к контактной коррозии, поэтому соединение с другими металлами осуществляется без специальных прокладок-слоев и изоляции;

4. Сохраняют достаточную пластичность и не склонны к хладноломкости при температурах до ~ -200°C;

5. Обладают высоким сродством к костной ткани человека.

Недостатки:

1. Активное взаимодействие со всеми атмосферными газами при повышенных

температурах (> 400-450°С);

2. Склонность к водородной хрупкости;

3. Низкая технологичность (термообработка и другие тех. процессы с использованием повышенных температур проводятся в среде инертных газов или в вакууме);

4. Высокая стоимость производства.

Применение:

1. Лопатки и диски компрессоров

низкого давления ГТД, воздухозаборники, роторы и корпуса;

2. Передние кромки плоскостей и

детали хвостового оперения сверхзвуковых самолетов;

3. Горячие секции планера, фюзеляжа, шпангоутов;

4. Корпуса ракет, баллоны для сжатых и сжиженных газов;

5. Емкости для топлива в авиационно-космической и ракетной технике;

6. Криогенная техника;

7. Судостроение;

8. Сплавы с эффектом памяти формы;

9. Медицина.

 

 

39.Легированные стали конструкционного назначения. Роль легирующих элементов в обеспечении функциональных свойств (прочности, пластичности, ударной вязкости, коррозионной стойкости) сталей. Примеры.

 

Взаимодействие сталей с ЛЭ

1. Все легирующие элементы, кроме Co, замедляют распад переохлажденного

аустенита на ферритно-цементитные смеси (С-образные кривые смещаются

вправо).

2. Все легирующие элементы, кроме Al и Co, снижают температуру начала

мартенситного превращения и увеличивают количество остаточного аустенита

(линия Мн смещается вниз).

3. Легирующие элементы влияют на полиморфизм железа:

- Ni, Mn, C – расширяют область существования ГЦК решетки (γ-фаза);

- Cr, Mo, W, Nb, V, Ti, Si, Al – расширяют область существования ОЦК решетки

(α-фаза).