КАЧЕСТВО АЛЮМИНИЯ. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ

  Главная         Учебники - Металлургия      Крылатый металл (Парфенов П.А.)

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

 

КАЧЕСТВО АЛЮМИНИЯ. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ



Мы познакомились с тем, как получают чистый, рафинированный алюминий. Но рафинирование — это лишь один из этапов обработки, которую проходит крылатый металл, прежде чем воплотиться в разнообразные конструкции. Расскажем о его дальнейшей судьбе.

В высоком светлом зале поблескивают отполированные рычаги испытательных машин. Слышен мягкий шум работающих электромоторов. Люди в белых халатах внимательно наблюдают за приборами, записывают их показания. Время от времени то в одной, то в другой машине раздаётся сильный треск.
 

 

 

В этом зале занимаются тем, что разрушают образцы металла и детали новых машин. Но зачем это нужно?

Дело в том, что любая машина должна работать надёжно, а залог этой надёжности — высокая прочность её деталей. Вот почему прежде чем поставить детали в машину, испытатели определяют ту нагрузку, которую материал выдерживает до момента разрушения.

О качестве металлов судят главным образом по их прочности и пластичности.

Прочность металла определяется испытанием специального образца — палочки с утолщёнными концами. Эти концы укрепляются в зажимах машины, растягивающей образец до тех пор, пока он не разорвётся. Точные приборы — динамометры —отмечают нагрузку, которую металл выдерживает, прежде чем разрушится.

В машину по очереди закладывают два одинаковых по размерам образца. Первый сделан из средней по прочности стали, второй — из чистого алюминия. Поперечные сечения обеих палочек равны — один квадратный миллиметр. Первой испытывается сталь.

Растёт нагрузка, заставляя перемещаться стрелку динамометра... 40, 50, 60, 70,... Когда стрелка показывает 80 килограммов, сталь разрывается.

Ну, а алюминий? Какова его прочность?

Испытание повторяется. Динамометр показывает всего 8 килограммов, когда происходит обрыв алюминиевого образца. Его прочность оказывается в 10—12 раз ниже прочности стали.

Но не случайно у нас в заголовке стоит известная пословица «один в поле не воин». Если сравнить прочность чистого алюминия и чистого железа,, то разница уже не будет столь велика. Железо прочнее алюминия всего лишь в 2—2,5 раза. Высокие свойства стали порождены её союзниками: хромом, никелем, марганцем, кремнием, углеродом. Соединяясь с железом, они упрочняют его. Такие же союзники есть и у алюминия. Только в соединении с ними, он применяется в конструкциях самолётов и других машин. Подобно стали, сплавы алюминия с медью, магнием, кремнием, цинком обладают гораздо большей прочностью, чем чистый алюминий.

А повышать в 8—10 раз прочность крылатого металла можно только при одном условии — если он рафинирован,

 

если он содержит примеси не более, чем несколько сотых процента. При иных условиях получить прочные сплавы невозможно.

Итак, в союзе с другими металлами герой нашей книги приобретает новые качества. Предел прочности образца из лучшего алюминиевого сплава с поперечным сечением в один квадратный миллиметр составляет уже 60 килограммов. Но... предел прочности такого же образца из стали может достигать 200 килограммов.

Не торопитесь, однако, делать из этого выводы. Сталь с таким рекордным значением крепости ни в одной машине практически не употребляется, так как одной высокой прочности хорошему сплаву ещё недостаточно. Во многих случаях требуется ещё и пластичность — способность материала при действии значительных нагрузок не разрушаться, а лишь несколько изменять свою форму (например, удлиняться при растяжении). Растягиваясь, сжимаясь, изгибаясь, закручиваясь, деталь как бы подаёт сигнал о том, что момент разрушения близок. А хрупкий материал при перегрузках разрушается внезапно, и это часто бывает гибельным для всей машины. Вот почему сплавы, обладающие, кроме прочности, ещё и пластичностью, более ценны, чем сплавы очень прочные, но хрупкие. Практически используют сталь с пределом прочности не 200, а 100—120 килограммов на один квадратный миллиметр. В этом случае и пластичность её оказывается достаточной. Однако, обладая большей, чем у алюминиевых сплавов, прочностью, сталь тяжелее их. Если же отнести прочность к единице веса (такое понятие широко распространено в технике под названием удельная прочность), то окажется, что удельная прочность алюминиевых сплавов в 1,3 раза выше, чем у стали.

Около 30 лет назад две группы советских конструкторов, одна руководимая А. Н. Туполевым, другая — А. И. Путиловым, занимались проектированием цельнометаллических самолётов. Машины Туполева были построены из алюминиевого сплава, изготовленного на Коль-чугинском заводе и получившего поэтому название кольчугалюминия. Путилов отдал предпочтение нержавеющей стали. Оба конструктора успешно решили стоявшие перед ними задачи. Стальные самолёты были не тяжелее

 

алюминиевых, а алюминиевые имели прочность не меньшую, чем стальные. Но и алюминий и сталь имели недостатки. Алюминий не умели в то время защищать от разрушительного действия кислорода воздуха, а сталь была в несколько раз дороже алюминия. И вот, когда через несколько лет были созданы сплавы алюминия, не боящиеся атак кислорода, крылатый металл победил сталь, он уверенно занял ведущее место в авиации.

В этом соревновании совершенствовались не только алюминиевые сплавы, но и сталь. При выплавке многих лучших её марок теперь добавляют алюминий. Добавка невелика — не более 1 %,— но она очищает сталь от вредных окислов, делает её ещё более прочной, твёрдой и активно сопротивляющейся износу. Например, для цилиндров авиационного мотора, в которых с огромными скоростями движутся поршни, твёрдость внутренней поверхности имеет очень большое значение. Инженеры добавили в сталь, из которой изготовляются цилиндры, алюминий, и её способность сопротивляться износу благодаря добавке крылатого металла резко повысилась.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..