Aviācijas alumīnijs: īpašības

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Viegluma, elastīguma un izturības pret koroziju dēļ alumīnijs ir kļuvis par neaizstājamu materiālu daudzās nozarēs. Aviācijas alumīnijs ir sakausējumu grupa, kam raksturīga paaugstināta izturība, iekļaujot magniju, silīciju, varu un mangānu. Papildu stiprība sakausējumam tiek piešķirta ar ts palīdzību. "novecošanās efekts" - īpaša sacietēšanas metode agresīvas atmosfēras vides ietekmē uz ilgu laiku. Sakausējums tika izgudrots 20. gadsimta sākumā, saukts par duralumīniju, tagad pazīstams arī kā "avial".

Definīcija. Vēsturiskā ekskursija

Par aviācijas alumīnija sakausējumu vēstures sākumu tiek uzskatīts 1909. gads. Vācu metalurģijas inženieris Alfrēds Vilms eksperimentāli konstatēja, ka, ja alumīnija sakausējums ar nelielu vara, mangāna un magnija piedevu pēc atdzesēšanas 500 ° C temperatūrā un ātras dzesēšanas tiek uzturēts 20-25 grādu temperatūrā 4-5 dienas., tas pakāpeniski kļūst cietāks un stiprāks, nezaudējot elastību. Procedūru sauca par "novecošanos" vai "nogatavināšanu". Šādas sacietēšanas procesā vara atomi piepildāsdaudzas sīkas zonas pie graudu robežām. Vara atoma diametrs ir mazāks nekā alumīnija, tāpēc parādās spiedes spriegums, kā rezultātā palielinās materiāla izturība.

Pirmo reizi sakausējums tika apgūts Vācijas rūpnīcās Dürener Metallwerken un saņēma preču zīmi Dural, līdz ar to arī nosaukumu "duralumīns". Pēc tam amerikāņu metalurgi R. Arčers un V. Jafris uzlaboja sastāvu, mainot procentuālo daudzumu, galvenokārt magnija. Jaunais sakausējums tika nosaukts 2024, kas dažādās modifikācijās tiek plaši izmantots arī tagad, un visa sakausējumu saime tiek saukta par Avial. Šis sakausējums saņēma nosaukumu "aviācijas alumīnijs" gandrīz uzreiz pēc tā atklāšanas, jo tas pilnībā aizstāja koku un metālu lidmašīnu konstrukcijās.

Galvenie veidi un īpašības

Ir trīs galvenās grupas:

• Alumīnija-mangāna (Al-Mn) un alumīnija-magnija (Al-Mg) saimes. Galvenā īpašība ir augsta izturība pret koroziju, kas ir tik tikko zemāka par tīru alumīniju. Šādi sakausējumi ir labi piemēroti lodēšanai un metināšanai, taču tie ir slikti sagriezti. Nav sacietējis ar termisko apstrādi.
• Alumīnija-magnija-silīcija (Al-Mg-Si) sistēmas korozijizturīgi sakausējumi. Tos sacietē ar termisko apstrādi, proti, sacietēšanu 520 ° C temperatūrā, kam seko ātra atdzesēšana ar ūdeni un dabiska novecošana apmēram 10 dienas. Šīs materiālu grupas raksturīgā iezīme ir to augstā izturība pret koroziju ekspluatācijas laikā normālos apstākļos un spriedzes apstākļos.
• Strukturālie alumīnija-vara-magnija sakausējumi (Al-Cu-Mg). To pamatā ir alumīnijs, kas sakausēts ar varu, mangānu un magniju. Mainot leģējošo elementu proporcijas, tiek iegūts lidmašīnu klases alumīnijs, kura raksturlielumi var atšķirties.

Pēdējās grupas materiāliem ir labas mehāniskās īpašības, taču tie ir ļoti jutīgi pret koroziju nekā pirmā un otrā sakausējumu saime. Uzņēmības pret koroziju pakāpe ir atkarīga no virsmas apstrādes veida, kas joprojām ir jāaizsargā ar krāsu vai anodēšanu. Izturību pret koroziju daļēji palielina mangāna ievadīšana sakausējuma sastāvā.

Papildus trim galvenajiem sakausējumu veidiem ir arī kalšanas sakausējumi, karstumizturīgi, augstas stiprības strukturālie un citi sakausējumi, kuriem piemīt konkrētam lietojumam nepieciešamās īpašības.

Aviācijas sakausējumu marķēšana

Starptautiskajos standartos aviācijas alumīnija marķējuma pirmais cipars norāda sakausējuma galvenos sakausējuma elementus:

• 1000 - tīrs alumīnijs.
• 2000 - duralumīniji, sakausējumi, kas leģēti ar varu. Noteiktā periodā - visizplatītākais kosmosa sakausējums. Aizvien biežāk aizstāts ar 7000. sērijas sakausējumiem, jo ir augsta jutība pret sprieguma korozijas plaisāšanu.
• 3000 - leģējošais elements - mangāns.
• 4000 - leģējošais elements - silīcijs. Sakausējumus sauc arī par silumīniem.
• 5000 - leģējošais elements - magnijs.
• 6000 ir kaļamākie sakausējumi. Leģējošie elementi ir magnijs un silīcijs. Var termiski rūdīt, lai palielinātu spēku, bet šīparametrs ir zemāks par 2000. un 7000. sēriju.
• 7000 - termiski rūdīti sakausējumi, izturīgākais aviācijas alumīnijs. Galvenie leģējošie elementi ir cinks un magnijs.

Marķējuma otrais cipars ir alumīnija sakausējuma modifikācijas sērijas numurs aiz oriģinālā - skaitļa "0". Pēdējie divi cipari ir paša sakausējuma numurs, informācija par tā tīrību pēc piemaisījumiem. Ja sakausējums ir pieredzējis, marķējumam pievieno piekto “X”.

Šodien visizplatītākās aviācijas alumīnija markas: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Šo sakausējumu atšķirīgās iezīmes ir: vieglums, elastība, laba berzes izturība., korozija un lielas slodzes. Lidmašīnu rūpniecībā visplašāk izmantotie sakausējumi ir 6061 un 7075 lidmašīnu alumīnijs.

Sastāvs

Galvenie aviācijas alumīnija sakausējuma elementi ir: varš, magnijs, silīcijs, mangāns, cinks. Šo elementu masas procentuālo daudzumu sakausējumā nosaka tādas īpašības kā izturība, elastība, izturība pret mehānisko spriegumu u.c. Sakausējuma bāze ir alumīnijs, galvenie sakausējuma elementi ir varš (2,2-5,2% no svara), magnijs (0,2-2,7%) un mangāns (0,2-1%).

Aviācijas sakausējumu saime no alumīnija ar silīciju (4-13% no svara) ar nelielu citu leģējošu elementu - vara, mangāna, magnija, cinka, titāna, berilija - saturu. Izmanto sarežģītu detaļu izgatavošanai, kas pazīstamas arī kā silumīns vai liets alumīnija sakausējums. alumīnija-magnija sakausējumu saime(1-13% masas) ar citiem elementiem ir augsta elastība un izturība pret koroziju.

Vara loma gaisa kuģu alumīnijā

Vara klātbūtne aviācijas sakausējuma sastāvā veicina tā sacietēšanu, bet tajā pašā laikā slikti ietekmē tā izturību pret koroziju. Rūdīšanas procesā varš izkrīt pie graudu robežām, un tas padara sakausējumu jutīgu pret punktveida koroziju, sprieguma koroziju un starpkristālu koroziju. Ar varu bagātās zonas ir galvaniski katodiskākas nekā apkārtējā alumīnija matrica, un tāpēc tās ir jutīgākas pret galvanisko koroziju. Vara satura palielināšana sakausējuma masā līdz 12% palielina stiprības īpašības, pateicoties dispersijas nostiprināšanai novecošanas laikā. Ja vara saturs pārsniedz 12%, sakausējums kļūst trausls.

Lietošanas jomas

Alumīnija sakausējumi ir vispieprasītākais metāls pārdošanā. Lidmašīnas alumīnija vieglais svars un tā izturība padara šo sakausējumu par labu izvēli daudzām nozarēm, sākot no lidmašīnām un beidzot ar sadzīves priekšmetiem (mobilajiem tālruņiem, austiņām, lukturīšiem). Alumīnija sakausējumus izmanto kuģu būvē, automobiļu rūpniecībā, celtniecībā, dzelzceļa transportā un kodolrūpniecībā.

Sakausējumi ar mērenu vara saturu ir plaši pieprasīti (2014., 2024. u.c.). No šiem sakausējumiem izgatavotajiem profiliem ir augsta izturība pret koroziju, laba apstrādājamība un punktmetināmība. Tos izmanto, lai izgatavotu kritiskās konstrukcijas lidmašīnām, smagajiem transportlīdzekļiem, militārajam aprīkojumam.

Lidmašīnas klases alumīnija savienojuma funkcijas

Aviācijas sakausējumu metināšana tiek veikta tikai inertu gāzu aizsargājošā vidē. Ieteicamās gāzes ir: hēlijs, argons vai to maisījums. Hēlijam ir augstāka siltumvadītspēja. Tas nosaka labvēlīgākus metināšanas vides temperatūras rādītājus, kas ļauj diezgan ērti savienot biezsienu konstrukcijas elementus. Aizsarggāzu maisījuma izmantošana veicina pilnīgāku gāzes izvadīšanu. Šajā gadījumā poru veidošanās iespējamība metinātajā šuvē ir ievērojami samazināta.

Lidmašīnu lietojumi

Aviācijas alumīnija sakausējumi sākotnēji tika īpaši radīti aviācijas aprīkojuma konstruēšanai. No tiem tiek izgatavotas lidmašīnu virsbūves, dzinēju daļas, šasijas, degvielas tvertnes, stiprinājumi utt.. Salona interjerā tiek izmantotas aviācijas alumīnija detaļas.

2xxx sērijas alumīnija sakausējumi tiek izmantoti detaļu ražošanai, kas pakļautas augstām temperatūrām. Viegli noslogotu agregātu, degvielas, hidraulisko un eļļas sistēmu daļas ir izgatavotas no 3xxx, 5xxx un 6xxx sakausējumiem. Lidmašīnu industrijā visplašāko pielietojumu saņēmis sakausējums 7075. No tā izgatavoti elementi darbam ar ievērojamu slodzi, zemām temperatūrām ar augstu izturību pret koroziju. Sakausējuma pamatā ir alumīnijs, un galvenie sakausējuma elementi ir magnijs, cinks un varš. No tā tiek izgatavoti gaisa kuģu konstrukciju jaudas profili, ādas elementi.