Кудин

Перерахуйте основні способи зміцнення металів. Для зміцнення якого типу застосовується теорія Мотта і Набарро?

Для зміцнення якого типу застосовується теорія Оррована?

Действенным средством снижения массы является повышение прочности материалов. В отличие от способа увеличения напряжений путем снижения фактического запаса прочности, сопряженного с риском ослабления детали, надежность в данном случае не уменьшается (если сохраняется запас прочности). Другое отличие заключается в том, что этот способ применим ко всем деталям без исключения, тогда как первый способ охватывает только расчетные детали.

Основные способы упрочнения материалов следующие: горячая обработка давлением, легирование, упрочняющая термическая и химико-термическая обработка, обработка методами холодной пластической деформации.

При горячей обработке давлением упрочнение происходит в результате превращения рыхлой структуры слитка в уплотненную структуру с ориентированным направлением кристаллитов. Пустоты между кристаллитами уковываются и завариваются, прослойки примесей по стыкам кристаллитов дробятся и под действием высокой температуры и давления растворяются в металле.

Наибольшее значение для прочности имеет процесс рекристаллизации, протекающий при остывании металла в определенном интервале температур (для сталей 450 — 700 °С). Из обломков кристаллитов, разрушенных в процессе пластической деформации, возникают новые мелкие зерна. При росте рекристаллизованных зерен примеси остаются в растворенном состоянии в кристаллитах. Для ковкого металла характерна структура, состоящая из мелких округлых зерен, хорошо связанных друг с другом, что обусловливает его повышенную прочность и вязкость.

Кованым и особенно прокатанным металлам свойственна анизотропия механических свойств в направлениях вдоль и поперек волокон.

Особенно резко влияет направление волокон на вязкость. Направление волокон в кованых и штампованных деталях должно быть согласовано с конфигурацией деталей и направлением действия рабочих нагрузок. Штампованные коленчатые валы и другие фасонные детали с волокнами, следующими контуру, значительно прочнее деталей, изготовленных из сортового проката с перерезкой волокон. Горячее накатывание зубьев шестерен (с последующим холодным калиброванием) обеспечивает правильное направление волокон относительно действующих на зуб нагрузок. Повышенной прочностью обладает накатанная резьба.

Главное назначение легирования - повышение прочности с дифференцированным улучшением частных характеристик: вязкости, пластичности, упругости, жаропрочности, хладо-стойкости, сопротивления износу, коррозионной стойкости и др. Присадка некоторых элементов (Ni и особенно

микроприсадка В) увеличивает прокаливаемость сталей, что позволяет получать повышенные механические свойства по всему сечению детали. Для получения высоких механических качеств легирование должно быть дополнено термообработкой.

Упрочняющая термическая обработка (закалка с высоким, средним и низким отпуском, изотермическая закалка) вызывает образование неравновесных структур с повышенной плотностью дислокаций и сильно деформированной атомно-кристаллической решеткой (сорбит, троостит, мартенсит, бейнит). Регулируя режимы термообработки, можно получать стали с различным содержанием этих структур, размерами и формой зерен и соответственно с различными механическими свойствами. Для конструкционных сталей чаще всего применяют улучшение (закалка с высоким отпуском на сорбит), обеспечивающее наиболее благоприятное сочетание прочности, вязкости и пластичности.

Закалка с индукционным нагревом поверхностного слоя ТВЧ помимо технологических преимуществ (экономичность, высокая производительность) дает значительный упрочняющий эффект, обязанный возникновению в закаленном поверхностном слое остаточных напряжений сжатия.

Химико-термическая обработка заключается в насыщении поверхностного слоя углеродом (цементация) или азотом (азотирование) с образованием (в последнем случае) нитридов железа и легирующих элементов. При комплексных процессах (цианирование, нитроцементация) поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом с образованием карбидов и карбонитридов. Эти виды химико-термической обработки придают поверхности высокую твердость и износостойкость. Вместе с тем они увеличивают прочность (особенно в условиях циклической нагрузки) благодаря образованию в поверхностном слое напряжений сжатия.

Разновидностью химико-термической обработки является термодиффузионное поверхностное легирование (насыщение поверхностного слоя атомами легирующих элементов), которое применяют для повышения прочности и твердости, а также придания поверхности особых свойств.

Разработаны процессы комплексного диффузионного легирования: хромалитирование (насыщение Сг и А1), сульфоцианирование (S, С и N2), бороцианирование (Вr С и N2), бороа-литирование (В и А1), хромомарганцевирова-ние (Сг и Мп) и др. способы упрочнения материалов.

В сплавах якого типу може спостерігатися дисперсійне старріння.

Когерентний тип взаємодії між фазами. Приклади сплавів де вони виникають, що забезпечують.

Алюміній і його сплави - використання, можливі склади, методи оброки для використання в авіаційній техніці.

Класифікація алюмінієвих сплавів.

Зони Гінє-Престона, фази тетра штрих, тетра два штрихи, тетра три штрихи. Умови виникнення, механічні властивості.

Широкое применение алюминия в промышленности, прежде всего, связано с его большими природными запасами, а также совокупностью химических, физических и механических характеристик.

Алюминий по содержанию в земной коре ( ~8 % ) является одним из самых распространенных металлов. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность ( 2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Механические свойства свариваемых алюминиевых сплавов.

Склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением

АМг6М -не склонен

АМг6Н (20% нагартовки) -мало склонен

АМг6Н (40% нагартовки) -склонен

1915 -склонен

Д20, 1201 -мало склонен

1205 -не склонен

АК8 -мало склонен

ВАД1 -не склонен

Применяются свариваемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, АМг61.

Низколегированные сплавы АМг2 и АМг3 применяют при изготовлении различных бензо и масло трубопроводов в самолетостроении и других летательных аппаратах.

Сплав АМг3 широко применяют для изготовления сварных баков и деталей сварных конструкций средней прочности.

Сплавы Амг4, Амг5, АМг6 и АМг61 как более прочные используют в более наружных сварных конструкциях.

Для повышения прочности и особенно предела текучести листов и плит из сплава АМг6 толщиной 15-20 мм их нагартовывают на (20-40%).

Конструкционные свариваемые сплавы.

Применяется для сваривания сплав АМг6 неупрочняемый термической обработкой.

Сварные конструкции из А l деформируемых сплавов широко используют при создании сварного бака, помещаемого в крыле самолета, сварных конструкций корпусов ракет, емкостей для топлива.

Применение в авиации

На современном этапе развития дозвуковой и сверхзвуковой авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении.

Вавиации США широко применяются сплавы серии 2ххх, Зххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких рабочих температурах

ис повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх - для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии Зххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло-и топливных системах.

ВРоссии при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu. Они являются конструкционным материалом для обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль и др.).

Сплав 1420, принадлежащий системе Al-Zn-Mg, используют при конструировании сварного фюзеляжа пассажирского самолета. При изготовлении гидросамолетов предусмотрено применение свариваемых коррозионностойких магнолиевых сплавов (AМг5, АМг6) и сплавов Al-Zn-Mg (1915, В92, 1420).

Бесспорное преимущество имеется у свариваемых алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой продольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов (2219 и др.) следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.

Сплав 1460 принадлежит системе Al-Cu-Li и является более перспективным для проектирования и изготовления баковых конструкций

применительно к криогенному типу топлива — сжатому кислороду, водороду или природному газу.

Применение алюминиевых сплавов в конструкциях летательных аппаратов.

В конструкциях летательных аппаратах применяются сплавы из полуфабрикатов В96 т.к. имеют максимальную прочность. Сплавы В95, В93 прочные и пластичные сплавы. Применяются сплавы АМг6 и Д16, Д20.

Для конструкций подвергающихся значительному аэродинамическому нагреву применяют полуфабрикаты из сплава АК4-1, АК6.

Листы из сплавов Д16, 1163, В95.

Наиболее широко в конструкциях летательных аппаратов применяют упрочняемые термической обработкой сплавы Д16ч, 1163, высокопрочные сплавы В95пч, В95оч и В93пч, сплавы средней и повышенной прочности АВ, АК6 и АК8. Для строительства гидросамолетов используют также сплавы неупрочняемые термической обработкой коррозионно-стойкие сплавы АМг5 и АМг6.

Сплавы АК6 и АК8 – преимущественно ковочные сплавы.

Сплав Д16 в качестве ковочного не используют, но выпускают в широком ассортименте в виде прессованных и катаных изделий. Сплав Д1 применяют в основном для лопастей воздушных винтов, а сплав АВ и АД33 – для лонжеронов лопастей вертолетов.

Сплав АД31 и АМг1 используют для декоративных деталей самолетов – оправ зеркал, ручек, пепельниц и др.

САП-1 и 1420 – теплопрочные и коррозионно-стойкие материалы, их используют в зоне расположения двигателей, а также в качестве противопожарных перегородок.

Д16 и 1163 изготавливают детали растянутой зоны крыльев и обшивку фюзеляжей, для обшивки гермокабин.

Обшивку самолетов производят из сплавов Д16, Д19 искусственно состаренных для увеличения коррозионной стойкости.

Из сплава В93 изготавливают в основном штамповки до 200 кг и поковки массой до 5 т.

При применении сплава ВД3 при низких температурах его подвергают искусственному старению при повышенных температурах. Широкое применение находит сплав 1420.

По прочности сплав 1420 находится на уровне сплава Д16, но уступает по пластичности, и превосходит по упругости. По статической выносливости сплав 1420 близок к сплаву АК4-1.

Применение в конструкциях полуфабрикатов из сплава 1420 взамен сплава Д16 обеспечивает снижение массы изделий на 10-12%.

Классификация алюминиевых сплавов может быть осуществлена по нескольким параметрам. Условно их можно разделить на литейные и деформируемые. Литейные сплавы предназначены для производства отливок, а деформируемые – для изготовления проката и поковок (например, алюминиевый тавр, профиль и т. д.). Рассмотрим подробнее деформируемые сплавы из алюминия. Их химический состав регламентируется ГОСТ 4784-97 и ГОСТ1131.

Классификация алюминиевых сплавов по способу упрочнения:

•сплавы, упрочняемые давлением;

•сплавы, упрочняемые термообработкой.

Классификация алюминиевых сплавов по ключевым свойствам:

•низкопрочные;

•высокопрочные;

•средней прочности;

•высокой пластичности;

•жаропрочные;

•ковочные;

•свариваемые;

•повышенной коррозионной стойкости.

Попробуем на основании данной классификации рассмотреть наиболее популярные алюминиевые сплавы. Их маркировка для более удобного восприятия дана как согласно ГОСТ 4784-97, так и согласно международному стандарту ISO 209-1.

1. Сплавы, упрочняемые давлением:

а) сплавы, обладающие низкой прочностью и высокой пластичностью. Свариваемые и коррозионно-стойкие.

К ним относятся нелегированный технический алюминий (маркировка АД0/1050А, АД1/1230 и пр.), а также алюминиевые сплавы с марганцем (АМц/3003, Д12/3004, ММ/3005);

б) сплавы, обладающие средней прочностью и высокой пластичностью. Свариваемые и коррозионно-стойкие.

К ним относятся так называемые магналии – сплавы, легированные магнием: Амг2/5251, АМг3/5754, АМг5/5056, АМг6 и пр.

2. Сплавы, упрочняемые термообработкой:

а) сплавы, обладающие средней прочностью и высокой пластичностью. Свариваемые.

К ним относятся так называемые авиали – сплавы, легированные магнием и кремнием, например АД31/6063, АД33/6061, АД35/6082;

б) сплавы, обладающие нормальной прочностью.

К ним относятся так называемые дюрали – сплавы, легированные медью и магнием, например алюминиевый сплав Д16/2024, Д1/2017, Д18/2117, а также

алюминиевый сплав Д16Т и др.;

в) сплавы, обладающие нормальной прочностью. Свариваемые.

К ним относятся сплавы, легированные цинком и магнием: 1915/7005, 1925;

г) сплавы, обладающие высокой прочностью.

К ним относятся сплавы, легированные медью, магнием, никелем и железом – В95 и В93;

д) сплавы, обладающие высокой жаропрочностью.

К ним относятся сплавы, легированные медью, магнием, никелем и железом (АК4-1, АК) и сплавы, легированные медью и марганцем (1201/2219, Д20);

е) ковочные сплавы.

К ним относятся сплавы, легированные медью, магнием и кремнием (АК6, АК8/2014).