Метали в авіабудуванні
Метали на службі найшвидшого виду транспорту.
Магній. Він знайшов своє місце у виробництві сучасного літака. Колеса і вилки шасі, передні кромки крил, деталі сидінь, корпуси приладів, різні важелі і кожухи, двері кабін і ліхтарі - і це далеко не весь перелік застосування сплавів магнію. В наші дні активно стали використовувати магній для напоготові литих крил, литих стулок люків шасі, які легші за вагою приблизно на 25% і дешевше збірних конструкцій з деформованих сплавів. Наприклад, планер одного з американських винищувачів був майже повністю виготовлений із сплавів на основі магнію.
Дані ливарні магнієві сплави з рідкоземельними присадками практично безпористого, і тому деталі, виконані з цих сплавів, мало схильні до розтріскування.
Незважаючи на те, що пружність магнієвих сплавів менше, ніж пружність алюмінієвих і залізних сплавів, через малої щільності цей метал дозволяє отримувати більш жорсткі і в той же час досить легкі конструкції.
У вертольотобудуванні магній використовують для виробництва двигунів, в деяких моделях частка магнієвих деталей становить за масою 23%.
У ракетобудуванні найбільш популярні в застосуванні сплави з торієм і цирконієм. Вони заслужили таку популярність завдяки підвищеній міцності і жароміцності. Присадка цирконію дозволяє поліпшити пластичні властивості. У деяких моделях такі сплави становили 25% по масі.
Впроваджують і спеціальні сплави з цирконієм, які володіють важливою здатністю - гасити вібрації снарядів,
Якщо мова заходить про короткочасно працюють конструкціях, то і тут при виробництві згадують про магній, оскільки він завдяки своїй високій теплоємності здатний поглинути багато тепла і не встигне перегрітися за короткочасний політ.
Ракета "Фолкон" класу "повітря - повітря" на 90% складається з магнієвих сплавів (корпус і багато інших деталей). Крім обшивки корпусу без них не обходяться тунельні обтічники, корпуси систем наведення, корпуси насосів, паливні та кисневі баки, балони пневмосистем, опорні вузли, стабілізатори та ін.
У спутнікостроеніі виданих сплавів виконують корпус супутника. Корпус виготовляється з двох сферичних оболонок, відштампованих з листів сплаву товщиною 0,76 мм, і вся ця конструкція підпирається зсередини каркасом з магнієвих труб.
Через те, що магній помітно переганяється в високому вакуумі при низькій температурі, корпус покривається складним покриттям, одним з призначень якого є зниження випаровування металу.
Титан. Це не тільки легкий і тугоплавкий метал, але і досить-таки міцний і пластичний. Вага титану на дві третини більше алюмінію, міцність більше в 6 разів, а тугоплавкость титану більше ніж у алюмінію в два з гаком рази.
Він відрізняється хорошими показниками стійкості. У вологому повітрі, в морській воді його корозійна стійкість не гірше нержавіючої сталі, а в соляній кислоті в багато разів перевершує її. Він, як і нержавіюча сталь, піддається обробці різанням і тиском, а також зварювання і напоготові з нього литих деталей.
Основні переваги титану і його сплавів, такі як комбінація високої питомої міцності і хімічної стійкості при нормальних і підвищених температурах (близько 300-500º С) роблять їх незамінними в сучасному літакобудуванні та виробництві космічних кораблів.
У 1956 р англійський льотчик Петер Твисс на надзвуковому літаку з алюмінієвих сплавів "Фейрі Дельта-2" встановив новий світовий рекорд по швидкості польоту, досягнувши на дистанції 15,5 км швидкості один тисяча вісімсот двадцять два км / ч.
Обсяг потужності двигуна літака дозволяв йому розвинути ще більшу швидкість, але пілот на це піти не міг, так як при перевищенні рекордної швидкості обшивка літака з дуралюмина нагрілася б більше ніж до 100º С, і це негативно б позначилося на міцності обшивки літака. Тому, щоб досягати таких величезних швидкостей, звичайну дуралюміновую обшивку змінюють на титанову, так як використовувати більш важку сталь при таких швидкостях і нагревах не вигідно.
При заміні алюмінієвих сплавів або стали на титан в пасажирських літаках, економія маси деталей становить приблизно 15-40%. Незважаючи на більш дорогу вартість титану, в порівнянні з вищеназваними металами, всі додаткові витрати окупаються.
Приклад пасажирських літаків "Дуглас" показує, що спочатку з титану виготовляли тільки деякі елементи, такі як мотогондоли і протипожежні перегородки. У протипожежних перегородках використання титану ефективно, тому що електропровідність і теплопровідність цього металу в 5 разів менше ніж у сталі, і в 15 разів менше, ніж у алюмінію. А ось в нових моделях літаків вже було більше 1000 різних деталей з титану і його сплавів.
Використання титанових сплавів у виробництві двигунів реактивних літаків дозволяє зменшити масу на 100-150 кг. Планер теж стає легше (на 300 і більше кг).
У двигунах титан застосовують для виготовлення деталей повітрозбірника, корпусу, лопаток і дисків компресора, і т.д. Особливо вигідним стало застосування титану в нових турбовентіляціонних двигунах. В громадянській моделі літака деталі з титану складають 1/7 загальної маси турбовентіляціонного двигуна, у військовій - 1/5 загальної маси.
У ракетах з титанових сплавів виготовляють корпуси двигунів другої і третьої ступенів, балони і шаробаллона для зріджених газів, сопла і ін. У космічних капсул "Меркурій" і "Джеміні" каркас, зовнішня і внутрішня обшивки зроблені з титанових сплавів.
Титан у вигляді литих деталей також активно застосовується, так як дозволяє скоротити обсяг трудової обробки різанням і зменшує відходи дорогого металу.
Що ж стосується застосування титану в авіаційній електроніці, то тут цей метал дуже корисний завдяки своїм газопоглощающім здібностям. Він поглинає гази, що залишилися після відкачування приладу або потрапили в прилад під час експлуатації. Титан, нанесений на поверхню приладу, виконує роль вбудованого насоса, здатного працювати протягом усього життя приладу. 500мг титану вистачає, що поглинати великі обсяги повітря.
Берилій. Для тонких профілів, де титан не підходить через маленьку питомої жорсткості, а сплави зі сталі та нікелю дуже важкі, промисловці звертаються до такого металу, як берилій.
Його крихкість, токсичність металевого пилу і пилу з оксидів, рідкість і дорожнеча - перешкоди, які відкладали застосування берилію в літакобудуванні і ракетобудуванні.
Але після численних досліджень, які відкрили можливості поліпшення необхідних властивостей цього металу, берилій все-таки взяли на озброєння виробники. Зараз з нього виготовляють стрижні, труби і листи для ракетного, авіаційного та атомного виробництва.
Корпуси жідкостнореактівних двигунів з берилію не тільки в два рази легше, але і служать в 10 разів довше через високу теплопровідності цього матеріалу. Берилій став знахідкою для виробників колісних гальм через свою легкості і високої теплопровідності. Гальма з берилію дають економію маси більше 30%, маса літака знизилася більш ніж на 600 кг.
Те ж саме і з деталями кріплення, меншу вагу яких не заважає їм переносити навантаження такі ж, як у кріпильних деталей зі сталі. Менші відцентрові напруги дисків компресорів в порівнянні з дисками з інших металів - ще одна заслуга берилію. Витрачається менше енергії без зміни швидкості обертання.
Для захисту сплавів з берилію від корозії впроваджують методи анодування. Це дозволяє помітно підвищити стійкість проти окислення при підвищених температурах (жаростійкість).
Також не можна не відзначити, що берилій завдяки своїм властивостям добре поглинає тепло, і є гіперпроводніком, добре проводячи електричний струм при низьких температурних умовах.
Олександр Рибаков
Джерела використані при написанні статті:
Ш.Я. Коровська "Літаючі метали"