Al-Li сплавы и повышение летно-технических характеристик самолета
РЕФЕРАТ
На
курсовую работу «Al-Li сплавы и повышение
летно-технических характеристик самолета»
по дисциплине «Материаловедение и ТКМ»
студентки группы АСВд-22 Смирновой Екатерины
Игоревны. Объём курсовой работы составляет
23 страницы, 3 таблицы, 2 рисунка и графической
части – 2 листа ф.
А4.
ОСНОВНЫЕ
ПОНЯТИЯ: АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ , АЛЮМИНИЕВО-ЛИТЕВЫЕ
СПЛАВЫ, ЛИТЬЕ , КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ, ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
Развитие
авиакосмической техники, приборостроения,
автомобильной промышленности и
других отраслей машиностроения требует
использования в конструкциях качественно
новых легких и высокопрочных
материалов, отличающихся высокими эксплуатационными
свойствами. К таким материалам относятся
литейные алюминиевые сплавы. Производство
отливок из алюминиевых сплавов
во всем мире характеризуется постоянным
и прогрессирующим ростом. Повышение
свойств литейных сплавов является
важной задачей. Поэтому закономерно
стремление исследователей создавать
все более прочные и легкие
сплавы с хорошими технологическими
свойствами. С этой точки зрения
представляют интерес алюминиевые
сплавы, легированные литием, самым
легким из металлов.
Содержание
Cтр
Введение…………………………………………………………
- Физико-механические свойства алюминия……………………………………….5
1.2 Применение алюминиевых сплавов в конструкциях летательных аппаратов ...6
1.3
Применение алюминиевых сплавов в двигателях....................
1.4. Общая характеристика Аl-Li сплавов…………………………………………….9
1.5.
Особенности технологии
1.6.
Конструктивно-технологическое
Заключение……………………………………………………
Список
литературы……………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Развитие авиакосмической техники, приборостроения, автомобильной промышленности и других отраслей машиностроения требует использования в конструкциях качественно новых легких и высокопрочных материалов, отличающихся высокими эксплуатационными свойствами. К таким материалам относятся литейные алюминиевые сплавы.
Отливки из алюминиевых сплавов широко используются в конструкциях различных типов: литых, клепаных, сварных, комбинированных и т.д. Производство отливок из алюминиевых сплавов во всем мире характеризуется постоянным и прогрессирующим ростом. Это обусловлено тем, что литье готовых деталей обладает принципиальными преимуществами не только из-за более низкой трудоемкости и стоимости процесса, но и благодаря возможности изготовления деталей, которые нельзя получить другими способами.
Повышение свойств литейных сплавов является важной задачей. Поэтому закономерно стремление исследователей создавать все более прочные и легкие сплавы с хорошими технологическими свойствами. С этой точки зрения представляют интерес алюминиевые сплавы, легированные литием, самым легким из металлов.
Перспективными
для создания высокопрочных
Однако в научной литературе практически отсутствуют сведения по литейным алюминиево-литиевым сплавам. Поэтому разработка основ легирования и создания литейных сплавов на основе систем Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg – актуальная задача.
Повышение
весовой эффективности
1.1. Физико-механические свойства алюминия
Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости (после кислорода и кремния) химический элемент в земной коре.
Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10-12 кг/мм², деформируемого — 18-25 кг/мм², сплавов — 38-42 кг/мм².
Твёрдость по Бринеллю — 24-32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.
Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм*м) и теплопроводностью (1,24*10-3 Вт/(м*К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. Слабый парамагнетик. Температурный коэффициент линейного расширения 24,58*10-6 К-1 (20-200 °C).
Алюминий
образует сплавы почти со всеми металлами.
При нормальных условиях алюминий покрыт
тонкой и прочной оксидной плёнкой
и потому не реагирует с классическими
окислителями: с Н2О, O2, HNO3 (без нагревания).
Благодаря этому алюминий практически
не подвержен коррозии и потому широко
востребован современной
Широко
применяется как
Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).
Электропроводность
алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем
у меди, при этом алюминий приблизительно
в 2 раза дешевле.
1.2. Применение алюминиевых сплавов в конструкциях летательных аппаратов
В
конструкциях летательных аппаратах
применяются сплавы из полуфабрикатов
В96 т.к. имеют максимальную прочность.
Сплавы В95, В93 прочные и пластичные
сплавы. Применяются сплавы АМг6 и
Д16, Д20. Для конструкций подвергающихся
значительному
Наиболее
широко в конструкциях летательных
аппаратов применяют
|
неупрочняемые
термической обработкой коррозионно-стойкие
сплавы АМг5 и АМг6. Сплавы АК6 и АК8
- преимущественно ковочные сплавы.
Сплав Д16 в качестве ковочного
не используют, но выпускают в широком
ассортименте в виде прессованных и
катаных изделий. Сплав Д1 применяют
в основном для лопастей воздушных
винтов, а сплав АВ и АД33 - для
лонжеронов лопастей вертолетов. Сплав
АД31 и АМг1 используют для декоративных
деталей самолетов - оправ зеркал,
ручек, и др. САП-1 и 1420 - теплопрочные
и коррозионно-стойкие
1.3. Применение алюминиевых сплавов в двигателях
Для изготовления деталей поршневых двигателей применяют деформируемые алюминиевые сплавы АК9, АК2, АК4, АК4-1 и литейные сплавы АЛ31, АЛ5, АЛ25, АЛ30. Для изготовления деталей реактивных двигателей применяют деформируемые сплавы АК4, АК4-1, Вд17 и литейные сплавы АЛ4, Ал5, Ал9, Ал19, Ал33. В поршневых двигателях основные детали (картеры, головки цилиндров, поршни, детали топливной аппаратуры). В реактивных двигателях алюминиевые сплавы так-же находят широкое применение. Основными свойствами материалов для двигателей должны быть следующие:
- низкая плотность;
- высокая
теплопроводимость, низкий
- высокая
жаростойкость (сопротивление
- высокая жаропрочность;
- высокая вибрационная
Указанным
требованиям вполне удовлетворяет
ряд алюминиевых сплавов. Поршни
из деформируемых сплавов
1.4. Общая характеристика Аl-Li сплавов
Основными легирующими компонентами отечественных и зарубежных деформируемых Al-Li сплавов являются Cu и Mg. Поэтому промышленные Al-Li сплавы по химическому составу делят на три группы: сплавы систем Al-Li-Mg, Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg. Для улучшения свойств используют дополнительные легирующие элементы, которые вводят в эти сплавы в значительно меньших количествах, чем медь и магний. Наиболее важными элементами являются переходные металлы – Zr, Sc, Mn, Ti и Cr.
Однако
исследование и разработка литейных
алюминиевых сплавов, легированных
литием, сталкивается с рядом существенных
проблем. Главная из них заключается
в том, что в научной литературе
практически отсутствуют
Сейчас задача заключается в разработке высокопрочного коррозионно-стойкого литейного алюминиевого сплава с пониженной по сравнению со стандартными алюминиевыми сплавами плотностью.
После изучения структуры и свойств литейных сплавов систем Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg было установлено, что для получения оптимального комплекса свойств – повышенной прочности при умеренной пластичности, высоких литейных свойств и низкой плотности, содержание лития не должно превышать 3,5÷3,6%, меди – 1,5÷1,6%, а содержание магния должно находиться в пределах 0,5÷1,0%.
Было изучено влияние переходных металлов (Ti, Zr, Mn, Cr) на структуру и свойства сплавов систем Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg и установлены следующие закономерности:
1.
Модифицирующее действие
2.
упрочняющее действие титана, циркония
и марганца связано с
3.
марганец в количестве 0,3÷0,6% способствует
дополнительному
На основании изучения механических свойств сплавов систем Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg в интервале температур твердо-жидкого состояния установлена взаимосвязь между химическим составом и их литейными свойствами и получены математические модели, позволяющие оценивать влияние легирующих элементов и их концентраций на жидкотекучесть и горячеломкость, и показано следующее:
1.
увеличение содержания лития
(>3,5%) и меди (>2%) приводит к повышению
горячеломкости вследствие
2.
титан и цирконий, наоборот, приводят
к снижению горячеломкости из-
3. увеличение
содержания лития в
1.5. Особенности технологии получения отливок из Аl-Li сплавов с высоким содержанием лития
Плавка
и литье алюминиевых сплавов,
легированных литием, сопряжена с
рядом трудностей. Эти сплавы активно
окисляются, особенно при повышенных
температурах и в расплавленном
состоянии. Кроме того, алюминиево-литиевые
сплавы в значительных количествах
растворяют водород. Важнейшим показателем
качества алюминиево-литиевых сплавов
является также содержание примеси
натрия 7 и, как для всех сплавов,
содержание неметаллических включений.
Пластичность Al-Li сплавов в литом
состоянии напрямую зависит от содержания
натрия в расплаве. Поэтому применение
для плавки литейных алюминиево-литиевых
сплавов стандартных покровно-
На
основании проведенных
Cd-0,1%, Nb-0,05%.
Химический состав сплавов и результаты механических испытаний
Оценку
литейных свойств проводили как
по показателям стандартных
Анализ
полученных данных показывает (табл. 1.3),
что наиболее резко повышается склонность
к образованию горячих трещин
при увеличении содержания лития
до верхнего предела (5%). Сплавы 202 и 208,
содержащие 5% Li, имеют наиболее широкий
интервал хрупкости и наиболее низкие
значения относительного удлинения
в этом интервале (0,32 и 0,24% соответственно).
Увеличение содержания кадмия практически
не влияет на эти характеристики, а
медь действует подобно литию, но
её влияние в исследованных
Сплав
оптимального состава по стойкости
против образования горячих (кристаллизационных)
трещин и по жидкотекучести превосходит
все исследованные сплавы. При
величине интервала хрупкости 30°С он
характеризуется самым высоким
относительным удлинением в этом
интервале (δmin=0,55%) и самым высоким
запасом деформационной способности.
Это несомненно связано с комплексным
легированием переходными металлами
– цирконием, ниобием и марганцем
и оптимальным содержанием
Химический состав, параметры кристаллизации и литейные свойства сплавов системы Al-Li-Cu-Mg
Наибольший эффект упрочнения наблюдается при легировании сплавов системы Al-Li-Cu титаном и цирконием. При введении этих элементов порознь в количестве 0,2% предел прочности увеличивается в среднем на 25-35 МПа при сохранении пластичности на приемлемом уровне. Однако при большем содержании этих элементов (0,35-0,45%) пластичность снижается достаточно резко. Хорошим упрочнителем литейных сплавов системы Al-Li-Cu является также марганец. Однако эффект упрочнения при легировании марганцем несколько меньший, чем у сплавов с цирконием и титаном. Значительно слабее титана, циркония и марганца проявляется упрочняющее действие хрома. Наибольший эффект упрочнения достигается при комплексном легировании сплавов системы Al-Li-Cu несколькими переходными металлами, например, титаном и цирконием или титаном, цирконием и марганцем.
Существует три наиболее важных фактора структурного упрочнения сплавов под действием переходных металлов.
Во-первых,
это модифицирование. Наиболее сильное
модифицирующее действие на структуру
сплавов системы Al-Li-Cu сказывают
титан и цирконий. В отливках,
легированных этими переходными
металлами, структура сильно диспергирована:
резко уменьшаются размеры
Второй
фактор – это твердорастворное упрочнение,
которое наиболее сильно проявляется
при легировании сплавов
Третий фактор упрочнения – это дисперсионное твердение за счет распада пересыщенного алюминиевого твердого раствора при технологических нагревах отливок. Эффект упрочнения зависит от размера частиц алюминидов (от их дисперсности), объемной доли выделяющейся фазы и от расстояния между частицами в твердом растворе. Чем дисперснее частицы, тем выше эффект упрочнения. Приоритет в этом отношении имеет цирконий. Он образует дисперсные частицы алюминида Al3Zr с кубической решеткой L12 и периодом близким к алюминию. Частицы этой фазы имеют размеры порядка 10-70 нм, они когерентны с матрицей и обеспечивают при дисперсном твердении максимальный эффект упрочнения. Алюминиды марганца и хрома (Al6Mn и Al7Cr) 16 имеют размеры на порядок больший (~ 100-1000 нм) и соответственно дают меньший эффект упрочнения, чем алюминиды циркония.
Увеличение содержания лития, меди и циркония сопровождается повышением предела прочности. Положительное влияние титана проявляется значительно слабее и выражается только через парное взаимодействие с литием и медью.
Положительное влияние Li, Cu и Zr на прочностные свойства литейных сплавов находятся в хорошем соответствии с ролью этих элементов в деформируемых сплавах системы Al-Li-Cu, а литий кроме других замечательных качеств обеспечивает максимальный эффект повышения прочности. Именно литий наиболее существенно повышает прочностные свойства сплавов. Однако увеличение его концентрации приводит к снижению пластичности.
Дальнейшее
улучшение механических свойств
обеспечивается легированием титаном
и цирконием. Введение титана и циркония
приводит к существенному измельчению
макро- и микрозерен. Наибольший эффект
модифицирования обеспечивается при
совместном введении в сплав добавок
титана и циркония.
1.6. Конструктивно-технологическое совершенствование
летательного аппарата при внедрении перспективных алюминиевых сплавов
Алюминиево-литиевые сплавы являются единственными из алюминиевых сплавов, способными выдержать конкуренцию с полимерными композиционными материалами (ПКМ). В целом, объем применения алюминиевых сплавов неуклонно падает, в то же время как использование алюминиево-литиевых сплавов в силовых конструкциях ЛА растет. На первом этапе создания алюминиево-литиевых сплавов ставится задача замены ими всех традиционных алюминиевых сплавов; на втором этапе – создание посредством легирования их различными элементами новых алюминиево-литиевых сплавов, обладающих комплексом характеристик, которые невозможно пока получить для алюминиевых сплавов. По прогнозам специалистов консорциума Airbus Industrie, объем применения алюминиево-литиевых сплавов в конструкциях коммерческих самолетов следующего поколения достигнет 30-40%. Алюминиево-литиевые сплавы сопоставимы по своим механическим характеристикам с ПКМ, в то же время они не требуют внедрения в производство новых технологий, позволяя использовать традиционную авиационную технологию. Применение гнутых профилей, изготовленных из алюминиево-литиевых материалов, ощутимо увеличит функциональную эффективность силовых конструкции ЛА, так как позволит снизить массу конструкции на 10-12% за счет меньшей массовой плотности сплавов и одновременно увеличить ресурс до 50-60 тыс.ч. Хотя алюминиевые сплавы, легированные литием, являются труднодеформируемыми, применение термомеханической обработки позволит не только изготовить кондиционные гнутые профили с прочностными характеристиками, выдержанными на уровне традиционных высокопрочных алюминиевых сплавов, но и получить детали с заданным комплексом механических свойств.
- Al-Qaeda organization development of history
- Ambient media
- Ambient media как особый вид наружной рекламы
- American depository receipts. Theory and practice
- American English is a form of the English language
- American holidays
- American music and musicians
- Adobe Photoshop бағдарламасымен жұмыс жасау кезеңдері
- Advertising Campaign Plan Document for “Central Driving School” in Moscow
- Advertising media planning
- Advertising texts and their translations
- AD и AS в качестве факторов регулирования экономического роста
- Agriculture of the USA
- Aldous Leonard Huxley Brave New World