30. Легкие сплавы. Св-ва и применение.

Лёгкие сплавы

 Конструкционные сплавы на основе алюминия, магния, титана, бериллия (см.Алюминиевые сплавы, Магниевые сплавы, Титановые сплавы, Бериллиевые сплавы). Л. с. характеризуются более высокой удельной прочностью (отношение показателей прочности к плотности материала), чем, например, конструкционные сплавы на основе железа или никеля. Так, при одинаковом пределе прочности (Лёгкие сплавы450 Мн/м³) Дуралюмин втрое легче котельной стали, т. е. его удельная прочность примерно в 3 раза выше. Л. с. широко применяются в самолётостроении, ракетостроении, судостроении, транспортном машиностроении, приборостроении, химическом аппаратостроении, автомобилестроении, электротехнике, строительстве, ядерной энергетике, а также для производства бытовых изделий.

Химический состав и свойства легких сплавов

Стремление к уменьшению веса самолета при условии обеспечения высокой прочности его конструкции привело к применению легких сплавов на алюминиевой и магниевой основе.

Алюминий имеет широкое применение не только в самолетостроении, но и в автостроении, вагоностроении и, в особенности, в постройке аппаратуры для химической промышленности.

У нас в России самолетостроение в основном ориентируется на дюралюминий и другие сплавы на алюминиевой основе. Это предпочтение алюминия и его сплавов объясняется не только малым удельным весом этих сплавов, но и большими технологическими преимуществами.

Большим достоинством алюминия и его сплавов, по сравнению со сталью, является то, что он поддается прокатке в форме листов, профилей и труб или же отливке, кроме того, алюминиевые сплавы легко поддаются обработке и обладают хорошей свариваемостью.

Несмотря на сравнительно широкое распространение алюминия и его сплавов в машиностроении, сварка этих сплавов начала применяться только в последние годы, постепенно вытесняя клепку.

Физико-механические свойства алюминиевого сплава меняются в зависимости от его химического состава, степени нагартовки в процессе его изготовления, а для некоторых сплавов также и от термообработки.

Различаются Две основных группы алюминиевых сплавов: 1) прокатанные алюминиевые сплавы и 2) литые алюминиевые сплавы.

Прокатанные алюминиевые сплавы, в свою очередь, разделяются на: а) нагартованные и б) термически обработанные.

Механические свойства нагартованных алюминиевых сплавов зависят от степени нагартовки в процессе его изготовления. С увеличением степени нагартовки повышается и коэффициент крепости. К таким сплавам относятся сплавы 2-S, Б-95 (АМЦ) магналий 52-S. Прочность сварных соединений этих материалов, выполненных газовой и дуговой сваркой, равна прочности сплава при отжиге в результате влияния сварочного тепла при сварке.

Механические свойства термически обработанных алюминиевых сплавов благодаря этой обработке значительно повышаются по сравнению с первой группой. К этим сплавам относятся дюралюминий и сплав 53-S.

Все алюминиевые сплавы поддаются в большей или меньшей степени сварке. Первоначально для них применялась исключительно газовая сварка. Однако сравнительно большая продолжительность нагрева металла, требующаяся при газовой сварке, вызывает изменение механических свойств алюминиевых сплавов и тем самым снижает механическую прочность металла. Это снижение механической прочности алюминиевых сплавов различно в зависимости от степени нагартовки и вида термической обработки.

Наименьшее снижение прочности имеет место для отожженных алюминиевых сплавов.

Наибольшее снижение прочности имеет место при газовой сварке высокопрочных алюминиевых сплавов в состоянии закалки. В этом случае снижение прочности в зонах нагрева до 180—350° равно 50% прочности основного материала. Объясняется это тем, что при указанных температурах происходит отжиг металла и, следовательно, изменение структуры металла, а также растворение составляющих сплавов, что влияет на свойства сварного соединения.

Технический алюминий и сплавы Б-95 и 53-S находят широкое применение в самолетостроении, а также для аппаратуры в химической и пищевой промышленности, потому что они слабо поддаются влиянию химических реагентов. Кроме того, необходимо отметить, что вес конструкций, изготовленных из этих сплавов, на 25% меньше равнопрочных стальных.

Сплав на магниевой основе (электрон) является одним из наиболее легких сплавов. Удельный вес электрона составляет 1,8 кг/см3, температура плавления 650°.

Физико-механические свойства сплавов на магниевой основе меняются в зависимости от его химического состава, степени нагартовки в процессе их изготовления.

Имеются две основных группы этих сплавов: 1) литые магниевые сплавы и 2) сплавы для обработки давления.

В чистом виде металлический магний в качестве конструкционного материала не применяется, вследствие низких механических свойств (коэффициент крепости 10—12 кг/мм² и удлинение 4—5%).

Применение различных ингредиентов (цинк, алюминий, марганец и др.) повышает механические свойства сплава. В среднем электрон дает в отожженном состоянии коэффициент крепости около 27 кг/мм² и удлинение около 13%. В нагартованном состоянии коэффициент крепости равен примерно 35 кг/мм², а удлинение 2%.

Недостатком сплавов на магниевой основе является их большая склонность к коррозии под действием морского воздуха и воды. В обычных условиях в атмосфере сухого воздуха электрон не корродирует. Как и алюминий, он покрывается пленкой окиси, предохраняющей его от действия сухого кислорода.

В самолетостроении применяют электрон двух типов: с присадкой цинка и без цинка, но с присадкой марганца. Первый сплав поддается только контактной сварке, второй—всем видам сварки.

Огромный объем работ в изготовлении металлического самолета надает на обработку и соединение деталей из алюминиевых сплавов.

Низкий коэффициент крепости чистого алюминия (8—12 кг/мм²) чрезвычайно ограничивает возможность его применения. Использование различных ингредиентов (медь, магний, кремний и др.) в алюминии значительно повышает коэффициент крепости.

Применяющиеся в самолетостроении такие алюминиевые сплавы, как дюралюминий, магналий, сплавы 52-S, 53-S и Б-95, поддаются сварке.