Классификация основных конструкционных материалов

Все КМ условно разбиваются на две большие группы:

I. Металлы:

- сталь и сплавы;

- чугуны;

- цветные металлы и сплавы;

- металлокерамика и др.

II. Неметаллы:

- древесина;

- бумага и картон;

- минералы и материалы на их основе;

- технические текстильные материалы и кожа.;

- резина и резиновые изделия;

- полимерные материалы и др.

Кроме того, существует большая группа ФМ, имеющих огромное значение в самолетостроении: синтетические клеи, герметики, ЛКП и др.

1.4 Применение основных конструкционных материалов в самолетостроении

Алюминиевые сплавы (Д16, АМг6, В95, АК4 и др.) употребляются для изготовления элементов планера самолетов, испытывающих при полете нагрев

Титановые сплавы (ОТ4, ВТ5, ВТ6, ВТ15, ВТ16, ВТ20, ВТ22 и др.) употребляются для конструкций горячих зон самолетов, строящихся в основном из алюминиевых сплавов, или для основных элементов планера самолетов, летающих при скоростях V (М=2,35-3,2).

Жаропрочные и коррозионно-стойкие стали и сплавы (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 15Х18Н12С4ТЮ, СН-2 (09Х15H8Ю), СН-3 (08Х17Н5М3), ВНС – 2(08Х15Н5Д2Т), ВНС–5 (13Х15Н4АМ3) и др.) применяются в конструкциях, работающих при температурах 500⁰С, при которых применение титановых сплавов нерационально.

Пластмассы (термопласты, термореактивные полимеры и др.) применяются для изготовления обтекателей радиолокационных антенн, деталей остекления кабин, лопастей винтов, трубопроводов, легкой мебели для пассажирских самолетов, теплоизоляции, декоративных панелей и др.

1.5 Перспективы применения новых КМ и ФМ

I. Алюминиево-литиевые сплавы. Одно из направлений, связанных с созданием сплавов, обладающих более низкой плотностью и повышенной удельной прочностью. Основывается на использовании в качестве легирующих наиболее легких металлов, например лития, плотность которого в пять раз меньше плотности алюминия, .

В 1970-х гг. под руководством акад. РАН И.Н. Фридляндера был создан сплав 1420 на основе системы Al-Mg-Li. По прочности он оказался аналогичным сплаву Д16, но его плотность на 10-12% меньше и, кроме того, на 6-8% выше модуль упругости.

В начале 1980-х гг. ВИЛСом совместно с ВИАМом были разработаны новые алюминиево-литиевые сплавы пониженной плотности марок 1440 и 1450, которые за счет некоторого снижения Li и нахождения оптимального соотношения Mg, Li и Cuобладают хорошей технологичностью при горячей обработке давлением.

Основные достоинства алюминиево-литиевых сплавов:

- низкая плотность;

- высокий модуль упругости;

- высокая коррозионная стойкость;

- высокая удельная прочность;

- хорошая свариваемость и др.

Алюминиево-литиевые сплавы целесообразно применять в качестве основного КМдля ответственных агрегатов сверхзвуковых самолетов: сварных баковых отсеков фюзеляжа, панелей, обшивок и др. Ими можно заменять традиционные клепаные конструкции на сварные из алюминиевых сплавов Д16, АК4-1 или ВТ-20. Благодаря использованию этих сплавов кроме повышения летно-технических характеристик современной авиации обеспечивается снижение массы .

Поставляются в виде следующих полуфабрикатов: листов, плит, профилей и прутков. Кроме того, из алюминиево-литиевых сплавов получают штамповки и поковки.

II. Композиционные металлические материалы. С целью повышения ресурсных и теплофизических характеристик, модуля упругости, улучшения других свойств разрабатываются новые композиционные материалы (КпМ) на основе алюминиевых и титановых сплавов с использованием таких наполнителей, как SiC, Al₂O_{3 ,} интерметаллиды, и другие, в том числе с применением физических методов воздействия на расплав.

Интенсивно разворачиваются исследования по разработке КпМс металлической матрицей, в которой в качестве матрицы используются алюминиды титана, а как упрочнитель-частицы и волокна из карбида кремния, других высокопрочных и высокомодульных материалов. Алюминиды – легкие жаропрочные сплавы на основе химических соединений титана с алюминием. В двойной системе Ti-Al существуют следующие химические соединения: Ti₃Al (фаза ), TiAl(фаза ), TiAl₃. Основным недостатком таких сплавов является низкая пластичность при комнатной температуре.

III. Жаропрочные сплавы. Жаропрочные никелевые сплавы широко используются в конструкциях газотурбинных двигателей (ГТД), которые способны длительное время работать при высоких температурах подвергаясь воздействию агрессивной среды.

В зависимости от состава и структуры эти сплавы классифицируются следующим образом:

1.Жаропрочные гомогенные. Относятся никель-хромовые, имеющие аустенитную структуру -твердого раствора, которая может быть упрочнена молибденом, вольфрамом и ниобием: ХН78Т (ЭИ435), ХН75МБТЮ (ЭИ602), ХН60ВТ (ЭИ868), ХН67ВТМЮ (ЭП202), ХН77ТЮР (ЭИ437Б), ХН56ВМТЮ (ЭП199), ХН50МВКТЮР (ЭП99);

2. Жаропрочные дисперсионно-твердеющие:

а)Слабостареющие сплавы с содержанием -фазы , которые не склонны к образованию трещин при термической обработке;

б)Сплавы с содержанием фазы , что соответствует 1,5-3,6% алюминия и 2-5% титана. Характеризуются умеренной склонностью к образованию трещин;

в) Высокожаропрочные никелевые сплавы с содержанием -фазы , что соответствует количеству алюминия и титана . Для снижения склонности к образованию трещин при термообработке сварных соединений сплавов этой группы (ЭП677, ЭП742 и др) необходимо применять длительное многоступенчатое перестаривание.