Глава 9

В настоящей главе кратко рассмотрены только те металлы и спла­вы, которые применяются в твердотопливных двигателях. Вопросы металловедения - предмет рассмотрения специальных курсов, поэто­му приводим только основные свойства металлов и сплавов, касающи­еся ракетной техники. Не рассматриваем также стали, так как они, если и применяются в РДТТ, то не в определяющих деталях и узлах. Конеч­но, первые твердотопливные двигатели и у нас, и в других странах во многом изготовлялись из высокопрочных и жаропрочных сталей типа СП-28 и СП-33. Но на смену им пришли полимерные пластики, компо­зиционные материалы и высокопрочные сплавы легких металлов.

9.1. Сплавы на основе алюминия

1. СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Он не имеет алло­тропных превращений и кристаллизуется в решетке гранецентрированного куба с периодом а = 4,041 Å. Это один из наиболее распростра­ненных элементов в природе, его содержание в земной коре достигает 7,45 %, уступает он в этом лишь кислороду и кремнию.

У алюминия малая плотность, хорошая тепло-, электропровод­ность, высокие коррозионная стойкость и пластичность.

Физические свойства алюминия высокой чистоты ~ (99,996 % А1)

Атомная масса 26,9

Плотность при 20 °С (293 К), кг/м³ 2 700

Температура плавления, К 933

Удельное электросопротивление при 20°С

(293 К), 0м м 0,0269

Теплопроводность, Вт/(м∙К) 217,71

Коэффициент термического расширения

20...100°С(293... 373 К), 1/град 23,8∙10^-6

Модуль упругости, МПа 71 000

Алюминий легко окисляется на воздухе, образуя на поверхности плотную пленку оксида А1₂О₃, предохраняющую его от дальнейшего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других сре­дах. Стоек в концентрированной азотной кислоте и некоторых орга­нических кислотах: лимонной, винной, уксусной и др. Минеральные кислоты (соляная, плавиковая) и щелочи разрушают алюминий.

Алюминию свойственна высокая отражательная способность, у него малое эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтро­нов. Хорошо обрабатывается давлением, обладает удовлетворитель­ной свариваемостью, но плохо обрабатывается резанием.

Постоянные примеси алюминия - Fe, Si, Cu, Zn, Ti. В зависимости от содержания примесей различают первичный алюминий особой чистоты - А999, А995; высокой чистоты - А99, А97, А95 (0,005...0,05 % примесей) и технической чистоты – А85, А8 и др. (0,15...1 % примесей).

Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния (табл. 36).

Таблица 36

Механические свойства алюминия

Марка	Содержание примесей, %	Состояние	ϭв, МПа	ϭ0,2 МПа	ε, %	НВ, ГПа
А 95	0,005	Литой	50		45	15
А5	0,500	Литой	75		29	20
А0	1,000	Литой	90		25	25
А0	1,000	Деформированныйи отожженный	90	30	30	25
А0	1,000	Деформированный	140	100	12	32

Обозначения:ϭ_в– прочность при растяжении; ϭ_0,2–предел текучести условный;

ε – относительное удлинение; НВ–твердость по Бринеллю.

Примечание. Отжиг алюминия для снятия наклепа производится при температуре 350...400°С.

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

К преимуществам алюминиевых сплавов относятся высокая удель­ная прочность (ϭ_уд. = ϭ_в/γ) и способность сопротивляться инерционными динамическим нагрузкам (здесь γ = ρ ∙ g – уд.вес). Предел прочности при растяжении алюминиевых сплавов дости­гает 500...700 МПа при плот­ности не более 2 850 кг/м³. По удельной прочности некото­рые алюминиевые сплавы (ϭ_уд. ≥ 21 км) превышают вы­сокопрочные стали.

Рис. 84. Диаграмма состояния AI - ЛЭ:

А - деформируемые сплавы;

В - литейные спла­вы;

I - не упрочняемые термической обработ­кой;

II - упрочняемые термической обработкой.

В качестве основных леги­рующих элементов (ЛЭ) алю­миниевых сплавов применяют Сu, Mg, Si, Zn, реже Li, Ti, Be, Zr. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости и промежуточные фазы с алюминием и между собой –CuAl₂, Mg₂Si и др. Алюминиевые сплавы классифицируют по техноло­гии изготовления и способности к термической обработке (рис. 84).