Металлы и их сплавы, применяемые в авиастроении

Данная тема для статьи была взята на рассмотрение, поскольку Самара один из городов, в котором развито авиастроение. В городе выпускают самолеты ТУ-154, аэродромное оборудование, авиационные детали. Авиакор – авиационный завод, основной продукцией которого являются пассажирские самолеты (ТУ-154М и АН-140-100). Основные его потребители – это гражданская и военная авиация. Так же данное предприятие производит обслуживание и капитальный ремонт самолетов.

ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Алюминиевые сплавы – это сплавы, в состав которых входит алюминий и легирующие добавки, такие как цинк, медь, марганец, литий. В следствии чего появляется возможность подвергать такие сплавы упрочняющей термической обработке. Для производства сплавов используется алюминий, выпускаемый в виде чушек. Такие сплавы образуют твердые растворы, эвтектики. Их подвергают закалке, старению и отжигу. При закалке T_{нагрева} = 485...525°С. после охлаждения деталь подвергают старению при Т = 150...200°С на протяжении 10...24 часов. Благодаря таким тепловым обработкам увеличивается твердость и прочность обрабатываемых сплавов.

Деформируемые сплавы – металлические сплавы для изготовления изделий, которые подвергают пластической деформации в горячем и холодном состоянии.

Высокопрочные сплавы

Алюминий В95пч – высокопрочный термоупрочняемый сплав алюминия с цинком, магнием и медью (табл. 1). Это самый прочный из наиболее известных сплавов алюминия. Сплав обладает высокой твёрдостью и прочностью (σ_в = 500–560 МПа; σ_0,2 = 430–480 МПа; δ = 7–8 % [1]) в виду образования твёрдых кристаллических образований в нём. Широко применяемый высокопрочный сплав в виде катаных и прессованных длинномерных (до 30 м) полуфабрикатов для верхних обшивок крыла (плиты, листы), стрингеров, балок, стоек (профили, трубы) и других элементов фюзеляжа и крыла (рис. 1) современных самолетов (Ту-204, Бе-200, Ил-96, SSI-100).

Зарубежные металлургические компании выпускают следующие материалы – аналоги В95пч:

• США – AA7075;
• Германия – 3.4365;
• Япония – 7075;
• Европейский Союз – ENAW-AlZn5.5MgCu.

Таблица 1

Химический состав в % материала В95пч ГОСТ 4784 – 97

Рис. 1. Крыло Ил-96

1965 – 1 (В96Ц3) – особо прочный (σ_в = 615–645MПа; σ_0,2 = 595–620 МПа; δ = 7÷8 % [1]) сплав алюминия и легирующих элементов. Рекомендуется для применения в сжатых зонах конструкций планера самолетов: для верхних обшивок крыла, стоек и других элементов. Поставляется промышленностью в виде длинномерных катаных плит или листов, прессованных полуфабрикатов: профилей, панелей, полос.

Таблица 2

Химический состав в % материала 1965 – 1 (В96Ц3)

ЛИТЕЙНЫЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Магниевые сплавы применяются в промышленности намного чаще, чем чистый магний. Данный метал обладает высокой химической активностью. В качестве основных элементов магниевых сплавов, которые повышают механические характеристики, применяют алюминий, цинк и марганец. Литейные магниевые сплавы используются для отливки различных изделий благодаря их жидкотекучести и повышенной пластичности [2]. Их приготавливают в различных видах плавильных печей. Для предотвращения горения при плавке или литьё используются специальные флюсы и присадки. Отливки получаются путем литья в песчаные, гипсовые и оболочковые формы.

Коррозионностойкие сплавы

Основная структура данных сплавов – твердый раствор хрома, молибдена, меди и других легирующих элементов в никелевой основе (содержание Ni не менее 50%). Никель коррозионностоек во многих агрессивных средах, характеризуется высокими механическими свойствами и технологичностью.

ВМЛ18-Т4

Сплав ВМЛ18 обработанный по режиму Т4 системы Mg–Al–Zn обладает повышенными пределами прочности (σ_в = 245–250 МПа; σ_0,2 = 100–110 МПа; δ = 5–8 % [1]).

Предназначен для работы во всех климатических условиях. Рекомендуется для изготовления деталей внутреннего набора планера самолетов и вертолетов, приборных рам, деталей кабин пилотов, систем управления (рис. 2), трансмиссий взамен сплава МЛ5п.ч. Сплав выплавляется по специальной технологии, разработанной в ВИАМ. Он превосходит по коррозионной стойкости и чистоте все существующие магниевые сплавы.

Рис. 2. Корпус редуктора вертолета из сплава ВМЛ18

Жаропрочные сплавы

Металлические материалы, обладающие высоким сопротивлением пластической деформации и разрушению при действии высоких температур и окислительных сред [2].

МЛ9-Т6

Сплав (σ_в = 230 МПа; σ_0,2 = 120 МПа; δ = 4 % [1]), предназначенный для изготовления деталей самолетов, вертолетов, двигателей, приборов, маслоагрегатов, редукторов и других агрегатов, работающих при повышенной температуре (до 300°С). Способ литья – кокиль (разборная форма для литья). Характерны хорошие литейные свойства, которые позволяют изготавливать сложные крупногабаритные отливки.

ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ

Конструкционные сплавы

Сплавы, из которых изготавливают детали, механизмы и конструкции в разных отраслях промышленности.

ВТ20

Сплав (σ_в = 932 МПа; σ_0,2 = 834 Мпа [1]) (табл. 3) отличается высокой жаропрочностью. Он хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С. В конструкции планера самолета Су-35 (рис. 3) из этого сплава изготовлено значительное количество деталей и сварных узлов фюзеляжа, крыла и киля. Для изготовления деталей и узлов используют полуфабрикаты в виде плит, штамповок, профилей, прутков и листов [1].

Таблица 3

Химический состав в % материала ВТ-20

Рис. 3. Самолет СУ-35

Таким образом мы рассмотрели металлы и их сплавы, применяемые в авиастроении.

1. Климов В. Н. Современные авиационные конструкционные сплавы: учеб. пособие. Самара: Изд-во Самарского университета, 2017. – 40 с.
2. Кушнер В. С. Материаловедение: учеб. для студентов вузов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 232 с.