38. Металлы и сплавы

Металлы относятся к числу наиболее распространенных конструкционных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. Благодаря своим разнообразным свойствам, неисчерпаемым возможностям, они незаменимы во многих областях техники. Если в каком-либо металле не удается получить требуемый комплекс свойств, то есть выход. Свойства эти набирают от разных металлов, создавая в них композицию сплавы. Само слово "металл", ныне распространенное во многих языках, происходит от греческого слова "металла", что значит жила, так как руды, прежде всего меди и олова, встречались в горных породах чисто в виде жильных месторождений. По определению М.В. Ломоносова металлы - это "светлые тела, которые ковать можно". Однако более типичными, характерными свойствами металлов и сплавов являются высокие тепло- и электропроводность, увеличивающиеся с понижением температуры. Теория твердого тела выбирает в качестве главного физического критерия металлического состояния температурный ход электросопротивления р(Т): у металлов при Т-»Ок р-»0, в то время, как у неметаллов, т.е. полупроводников и диэлектриков (изоляторов), при Т-»Ок р-»оо.

В настоящее время известно 107 элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, 83 из них - это металлы. Они составляют четверть всей массы земной коры. Алюминий - самый распространенный металл на Земле (рис. 89). Он занимает третье место после кислорода и кремния и первое среди металлов.

В авиационной технике широко используются цветные металлы и сплавы.

В технике к цветным относят все нежелезные металлы. На их основе создано большое число сплавов, обладающих широким диапа­зоном свойств, соответствующих требованиям к авиационным мате­риалам. К ним относятся: значительная механическая прочность, высокий предел выносливости в сочетании с малой плотностью. Для авиастроения очень важна также стоимость материала. На современ­ном этапе развития авиации экономичность часто имеет решающее значение. Уже сегодня многие новые модели агрегатов, двигателей и самолетов не внедряются по экономическим соображениям. С учетом неотвратимо надвигающегося истощения природных запасов энерго­носителей земли (уголь, нефть, газ) затраты на производство материа­лов оказывают значительное влияние на стоимость каждой единицы авиатехники.

Как правило, такие металлы, как Al, Ti и др. в чистом виде в авиатехнике применяют крайне редко. На основе каждого металла создают, большое число сплавов, обладающих самым широким спект­ром свойств. Цветные металлы и их сплавы широко применяют для армирования.

В авиастроении широко применяют алюминиевые сплавы, а также сплавы магния, титана, меди. Находят применение бериллиевые сплавы, сплавы никеля и некоторые тугоплавкие сплавы. Практичес­ки весь каркас самолета или вертолета, во многих случаях корпус авиадвигателя, корпуса большинства агрегатов различных систем, многие трубопроводы изготовлены из цветных сплавов. На самолетах новых поколений многие силовые элементы авиационных конструк­ций будут изготавливать только из высокопрочных алюминиевых сплавов.

В электронных схемах, электротехнических устройствах для изготовления электропроводов широко применяют благородные металлы, сплавы алюминия, никеля, меди, кобальта и др.

Цветные сплавы систематизируют как по технологическим свойствам, так и по механическим характеристикам.

Цветные металлы, на основе которых создают сплавы, чаще всего разделяют на легкие, обладающие малой плотностью (например, Al, Mg), тяжелые (например, Си, Рв), тугоплавкие (W, Мо и др.), благород­ные (например, Au, Pt). Сплавы, полученные на основе перечисленных металлов, могут быть разделены на группы по функциональному назначению, например антифрикционные, жаропрочные и жаростойкие сплавы, конструкционные и коррозионно-стойкие сплавы.