Почему самолеты делают из алюминия: Алюминий для строительства и ремонта самолетов – aluminium-guide.com

Содержание

Алюминий для строительства и ремонта самолетов – aluminium-guide.com

Алюминиевый лист

Листовой алюминий остается основным материалом в современном самолетостроении. Обычно листы из алюминиевых сплавов применяются для изготовления фюзеляжа самолета, причем как для внутреннего каркаса, так и для внешней оболочки. Отдельные детали соединяются друг с другом заклепками и другими типами крепежа.

Листовой алюминий широко применяется во многих типах самолетов – от авиалайнеров до одномоторных аэропланов. Листовой алюминий получают путем раскатывания металла в плоские листы различной толщины от тонкого листа до толстого листа (плит). В самолетах применяют листовой алюминий толщиной от 3,3 до 0,25 мм (от 8 до 30 gauges, как говорят американцы).

Ниже представлены выдержки из американского руководства для гражданских техников по ремонту самолетов, где наряду с другими материалами, основное место занимают алюминиевые сплавы.

Алюминий и алюминиевые сплавы

Листы из различных алюминиевых сплавов – это то, с чем чаще всего сталкиваются при ремонте самолетов. Известно, что алюминий в чистом виде – это легкий, блестящий, коррозионностойкий, пластичный. Однако уровень прочности чистого алюминия довольно низкий.

Если алюминий получает небольшие добавки (доли и единицы процента) таких элементов, как медь, марганец и магний, то получаются алюминиевые сплавы, которые применяются в самолетостроении.

Алюминиевые сплавы такие же легкие, как и чистый алюминий, но значительно прочнее его. Они не обладают такой коррозионной стойкостью как у чистого алюминия и обычно требуют дополнительно коррозионной защиты. Одним из способов коррозионной защиты алюминиевых сплавов является плакирование их поверхности тонким слоем алюминия. Этот слой получают при совместной прокатке алюминия и алюминиевого сплава. Он защищает основной алюминиевый сплав от коррозии.

При строительстве и ремонте самолетов применяют следующие основные марки алюминия и алюминиевые сплавы.

Алюминий 1100

Листы из алюминия марки 1100 применяют в тех случаях, когда главным фактором является не прочность, а экономия веса и высокая стойкость коррозии. Листы из этой марки алюминия применяются для изготовления и ремонта топливных баков, обтекателей и масляных баков. Алюминий 1100 также применяется для ремонта законцовок крыльев. Очень хорошо поддается сварке.

Алюминиевый сплав 3003

Этот сплав аналогичен по применению алюминию 1100. Он содержит от 1,0 до 1,5 % марганца и поэтому прочнее и тверже, чем алюминий 1100.

Алюминиевый сплав 2014

Поковки, листы и профили из сплава 2014 применяют для изготовления деталей, которые подвергаются высоким нагрузкам, таким как колеса и основные несущие конструкции. Этот сплав часто применяют там, где требуется высокая прочность и твердость, а также для работы при повышенных температурах.

Алюминиевый сплав 2017

Этот сплав применяется для изготовления заклепок. В настоящее время имеет ограниченное применение.

Алюминиевый сплав 2024

Листы из сплава 2024 – с плакировкой из чистого алюминия или без нее – применяют для изготовления элементов каркаса самолета, заклепок, крепежных изделий и многих других деталей. Кроме того, этот сплав применяют для термически упрочненных деталей, оболочки фюзеляжа и прессованных профилей.

Алюминиевый сплав 2025

Этот сплав применяют для изготовления лопастей пропеллеров.

Алюминиевый сплав 2219

Алюминиевый лист из сплава 2219 применяют для изготовления и ремонта топливных баков, оболочки фюзеляжа и несущих элементов конструкции самолета. Этот сплав имеет высокую вязкость разрушения и хорошо сваривается. Сплав 2219 обладает также высокой стойкостью к коррозии под напряжением.

Алюминиевый сплав 5052

Сплав 5052 применяют там, где требуется хорошая пластичность металла, высокая коррозионная стойкость, высокая усталостная прочность, хорошая свариваемость и средняя статическая прочность. Этот сплав используют для изготовления топливных, гидравлических и масляных трубопроводов.

Алюминиевый сплав 5056

Сплав 5056 применяют для изготовления заклепок и оболочек кабелей, а также в тех случаях, когда алюминий входит в контакт с магниевыми сплавами. Сплав 5056 обычно является стойким к большинству видов коррозии.

Литейные алюминиевые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы используют для изготовления блоков цилиндров, картеров, топливных насосов и колес шасси.

Упрочнение алюминиевых сплавов

Различные алюминиевые сплавы, включая 3003, 5052 и 1100, упрочняются только в результате холодной пластической деформации, а не термической обработки.

Другие сплавы, такие как 2017 и 2024, упрочняются в результате термической обработки, холодной деформации или комбинации их обеих. Большинство литейных сплавов также упрочняются термической обработкой.

Алюминиевый сплав 6061

Сплав 6061 обычно хорошо сваривается всеми промышленными способами и методами сварки. Он также обладает достаточно высокой вязкостью при криогенных температурах. Сплав 6061 довольно хорошо прессуется и обычно применяется для изготовления гидравлических и пневматических трубопроводов.

Алюминиевый сплав 7075

Этот сплав имеет более высокую прочность, чем сплав 2024, но более низкую вязкость разрушения. Обычно он применяется, когда требуется высокая прочность на растяжение, а усталостная прочность не является критической. В состоянии Т6 сплав 7075 не применяют в условиях с высоким коррозионным воздействием. Однако в состоянии Т7351 (вариант перестаренного состояния) сплав 7075 обладает более высокой стойкостью к коррозии под напряжением и вязкостью разрушения, чем в состоянии Т6. Состояние Т76 (вариант перестаренного состояния) часто применяют для повышения стойкости сплава 7075 к подповерхностной коррозии.

Источник: https://www.faa.gov

 

Полет нормальный, или алюминий в авиапроме

05.11.2020 — АвиаПорт (Оригинал статьи)

Самолету кроме мощных двигателей нужен планер из прочного и легкого материала. Такого как алюминий. Несмотря на растущую конкуренцию, этот металл никому не уступает свой «крылатый» статус, оставаясь главным и самым надежным конструкционным материалом авиационной техники.

Первым делом — самолеты

Сегодня потребление алюминия в мировом авиапроме составляет свыше 550 тысяч тонн. И эти показатели будут увеличиваться за счет роста производства различной авиационной и космической техники. К 2025 году потребление алюминиевых полуфабрикатов достигнет 400 тыс. тонн или около 650 тыс. тонн в первичном сегменте.

В современных воздушных суднах практически нет элементов или систем, где бы не применялись различные алюминиевые сплавы: топливные баки, авиационные колеса, гидравлические и масляные трубопроводы, топливная система, бортовая кабельная сеть, системы терморегулирования, авиационные кресла, элементы интерьера и многое другое.


650 тыс. тонн достигнет потребление алюминиевых полуфабрикатов в первичном сегменте в авиастроении к 2025 году

Из алюминия изготавливается силовой набор планера и крыла — шпангоуты, стрингеры, нервюры и лонжероны, обшивка, различные элементы отделки и, конечно, заклепки, которых в самолете не одна сотня тысяч штук. Именно алюминиевые конструкции несут на себе все нагрузки и защищают пассажиров от внешней среды во время полета.

Легкий выбор

Почему именно алюминий? Крупнейшие мировые авиастроители выбирают алюминий за его уникальные свойства. Он в 3 раза легче стали и гораздо дешевле, чем титан. Скорость механической обработки алюминиевых сплавов в 4-6 раз выше стальных аналогов, а листовые материалы из алюминиевых сплавов на порядок дешевле, чем из углекомпозитов. Введение в алюминий около 4% меди и 1,5% магния в сочетании с термической обработкой позволяет повысить прочность чистого алюминия в 10 раз. Кроме того, алюминиевая продукция легко подвергается утилизации и глубокой переработке.

Около 1% мирового использования алюминиевых продуктов приходится на авиастроение

Новые конкурентоспособные алюминиевые решения повышают экономическую эффективность полетов. «Сегодня гражданская авиация, которая потребляет основную часть алюминия, является коммерческим продуктом и самолет, как и автомобиль, имеет свои затраты на обслуживание, удельный расход топлива и прочие потребительские качества. Ближне- и среднемагистральные самолеты в алюминиевым исполнении конкурентоспособны и быстро окупаются», — отмечает Алюминиевому Вестнику директор по науке ИЛМиТ Дмитрий Рябов.

Алюминий vs композиты и титан

Основные конкуренты алюминия в авиапроме — полимерные композиционные материалы, которые сделали рывок вперед по прочности и надежности. Но алюминий дешевле, чем авиационные композиты, его ремонтопригодность существенно выше, а поведение известно конструкторам и технологам.

«Алюминий в 3 раза легче стали и гораздо дешевле титана при сопоставимых удельных характеристиках, поэтому целесообразность его применения в самолетах не вызывает сомнений. Авиационные алюминиевые материалы хорошо исследованы, конструкторы и проектировщики знают их поведение при знакопеременных нагрузках, технологи знают, как материал гнуть, клепать и делать из него различные элементы конструкции. Это очень важно»

Дмитрий Рябов, директор по науке ИЛМиТ

«В будущем алюминий сохранит свои позиции в авиации. Да, сейчас появляются самолеты с композитным крылом или фюзеляжем, но даже в этих решениях обязательно присутствуют алюминиевые конструкции. Для массового использования композитов необходимо решить еще ряд важных задач, начиная от формирования окончательных подходов к проектированию и заканчивая вопросами повышения молниестойкости, поэтому мы будем еще долго летать на самолетах с алюминиевыми деталями», — поясняет Дмитрий Рябов.

Что касается титана, то его сравнение с алюминием некорректно. «Вес титана на две трети больше алюминия. Титан — переходной металл, характерной особенностью которого является его высокая прочность и высокая температура плавления. И он гораздо дороже

», — комментирует Святослав Пантелеев, эксперт сектора «Авиация и космос» Алюминиевой Ассоциации.

Основа для планера

Главные системы легирования авиационных материалов определились давно и их можно разделить на две группы: дюрали — сплавы на основе системы Al-CuMg и высокопрочные сплавы на основе системы Al-Zn-Mg-Cu. Первые способны сопротивляться разрушению в условиях знакопеременных нагрузок с нанесенным концентратором. Вторые обладают значительной прочностью (может превышать 600 МПа) и высокими показателями вязкости разрушения. В совокупности данные материалы являются основной для планера самолета, из них состоят внешние и внутренние элементы фюзеляжа и крыла.


Алюминиевые сплавы в авиации – все группы, кроме 4ххх. Самые популярные — сплавы 2ххх серии, Al-Li и Al-Sc

Обе группы сплавов используются в самолетах уже десятки лет. С развитием металловедения алюминия их составы оптимизировали, материалы стали чище по железу и кремнию — основным примесям. Создавались и специальные режимы термомеханической обработки, чтобы они демонстрировали свои лучшие служебные характеристики. Есть материалы «попроще» — магналии (сплавы Al-Mg) и авиали (сплавы Al-Mg-Si). Но их применение ограничено неответственными деталями и элементами интерьера.

Как это сделано

Технологии обработки алюминия для производства авиационных компонентов включают в себя литье, штамповку, механическую обработку, сварку, пайку, волочение и резанье. В основном самолет изготавливают с применением листов, которые используются в обшивке плит и прессованных профилей для силового набора и различных вафельных панелей, а также поковок и штамповок.

Безусловно, есть специфика. Например, к обшивочным листам предъявляются особые требования по чистоте отделки и качеству проката: чем меньше на поверхности дефектов, тем лучше аэродинамика самолета. Для авиационной продукции есть отдельные отраслевые стандарты и технические условия. Так, в отношении некоторых полуфабрикатов обязательно определение вязкости разрушения, характеристик удельной электропроводности и даже размера зерна. Все это чтобы обеспечить безаварийную эксплуатацию воздушных судов.

В двигателестроении уже успешно применяются напечатанные на 3D-принтере металлические изделия. Это открывает дорогу использованию в самолетах алюминиевых напечатанных деталей. Аддитивные технологии дают возможность применять необычные алюминиевые материалы, которые невозможно получить традиционными технологиями обработки.

«В ИЛМиТ создана целая линейка порошков, которые после печати демонстрируют внушительные прочностные характеристики, ранее недоступные при печати стандартным сплавом типа AlSi10Mg. Это не только высокая прочность, но и повышенные рабочие температуры. Печать в совокупности с новыми материалами и особыми технологиями проектирования под 3D-принтеры позволят сделать конструкцию самолетов еще более совершенной», — отмечает Дмитрий Рябов.

Помимо традиционных сплавов в ИЛМиТ также разработаны легированные скандием материалы для 3D-печати, которые после печати и отжига демонстрируют прочность на уровне высокопрочных аналогов, что пока недостижимо для литейных сплавов.


3D-детали из алюминия для авиации

Рейс на завтра

Создание и внедрение новых материалов позволит расширить использование алюминия в авиапроме. Исследователи и разработчики делают новые открытия в области сплавов, технологий деформации и термической обработки.

Здесь стоит упомянуть алюминий-литиевые сплавы. Хотя положительное влияние лития на алюминий было открыто давно, по сей день регистрируются новые составы материалов. Такие материалы обладают высокой прочностью, не уступающей лучшим высокопрочным сплавам Al-Zn-Mg-Cu, но при этом имеют пониженную (на 5-10%) плотность и повышенный модуль упругости, который влияет на жесткость конструкций.

Если заменить все листы в обшивке лайнера на листы из алюминий-литиевых сплавов той же толщины, вес обшивки снизится на 7%. Главный недостаток подобных конструкций — цена, но алюминий-литиевые сплавы все же нашли применение в современных авиалайнерах.

Перспективны и скандийсодержащие сплавы системы Al-Mg-Sc. Они не могут похвастаться характеристиками прочности на уровне алюминий-литиевых сплавов, но по прочности сопоставимы с дюралями. Им не нужна упрочняющая термическая обработка, и они обладают высочайшей коррозионной стойкостью. Но самое главное — они свариваемые, что позволяет отказаться от клепаных конструкций в пользу сварных.

Как показал опыт авиастроителей из Airbus, использование данных материалов вместе с лазерной сваркой дает возможность снизить вес обшивочных панелей на 15% без потери эксплуатационных характеристик.


На 15% сокращается вес обшивочных панелей самолета благодаря использованию скандийсодержащих сплавов системы AlMg-Sc в совокупности с лазерной сваркой – показала практика Airbus

Разработаны сплавы с пониженным содержанием скандия — это обеспечит полуфабрикатам конкурентную цену. В будущем скандий в алюминии перестанет быть эксклюзивной добавкой и составит конкуренцию другим материалам.

Резюмируя, можно утверждать, что алюминий обладает большим потенциалом для исследования, чтобы не просто гордо носить звание «крылатого» металла, но и продолжать служить человеку искусственными крыльями, позволяющими за считанные часы оказаться на другом континенте.


Морской алюминий / Алюминий в судостроении

«Морской алюминий» — распространенное разговорное название для ряда алюминиево-магниевых сплавов (магний 3-6 %), из которых изготавливаются корпуса морских судов, предназначенных к эксплуатации как в пресных, так и в соленых водоемах. История и факты.

Наибольшая часть мирового потребления алюминия – 27% — приходится на транспортную сферу. Массовая доля алюминия составляет 75-80% от общей массы современного самолета. От 50% до 90% веса современных космических аппаратов приходится на долю деталей и конструкций из алюминиевых сплавов. Конечно, эта технология нашла свое применение и в такой сфере, как морское судостроение.
В 1891 году в Швейцарии был выпущен первый катер Le Migron, произведенный с использованием алюминия. Несколькими годами позже первый алюминиевый катер «Сокол», изготовленный под заказ в Шотландии, поступил в распоряжение российского флота. Изначально материал не был популярен. Недостатками алюминия казались низкое сопротивление коррозии и высокая стоимость изделий. Переворот произошел в 1954 году, с появлением сплава 5083 (аналогичен АМг5). Сплав оказался стойким к соленой воде и был удобен для сварки и формовки. Сейчас одним из технологических лидеров по показателям ударной вязкости и сопротивления к коррозии является сплав Alustar (5059), зарегистрированный в Германии в конце ХХ века. Морской алюминий – это сплав. Легируют алюминий магнием (Мг), марганцем (Мц) или медью (дюралюминий, Д). Среди используемых сплавов для изготовления судов и их элементов является популярностью пользуется сплав с пятипроцентным содержанием магния АМг5. Преимущества и особенности судов из алюминия.

• Лёгкость. Вес конструкции в сравнении с аналогичными из стали на 50% меньше. Поэтому алюминий используется для изготовления надстроек на стальных судах в целях улучшения показателей устойчивости и скоростных характеристик.
• Коррозийная стойкость. Морской алюминий в сто раз медленнее поддается коррозии, чем сталь (1 против 120 мм в год).
• Гарантированные свойства материала, в отличие от синтетических пластиков и ламинатов.
• Высокая относительная прочность. Надежность в эксплуатации.
• Ударо- и вибростойкость. Растяжение при ударе или разрыве – около 15%, алюминиевые детали поглощают энергию удара за счет этой деформации. Это же свойство делает алюминий устойчивым к вибрационным нагрузкам и продолжительным нежелательным воздействиям.
• Высокая ремонтопригодность, помимо стойкости к ударам, алюминий отличается простотой ремонта – ведь соединение материалов осуществляется методом сварки. Также алюминий пригоден к изготовлению специализированных профилей и легко подвергается механическим воздействиям при обработке. Эти особенности снижают трудоемкость создания алюминиевого судна по сравнению со стальным на 20%.
• Защита поверхности за счет оксидной пленки.
• Экологичность. Возможность вторичной переработки.
• Немагнитность и отсутствие искрообразования. Данное свойство важно при организации перевозок горючих грузов.
• Стоимость алюминиевого судна по сравнению с пластиковым при эксплуатации снижается меньше, что делает эти суда более выгодным капиталовложением. Потеря в стоимости составляет 10% против 30% за два-три года.

Что изготавливают из морского алюминия?

• Алюминиевые суда для широкого потребления. Были распространены в советское время. Среди них известные всем Обь, Казанка, Прогресс.
• Промышленное судостроение, в том числе экранопланы, суда на воздушной подушке, глубоководные аппараты.
• Частные яхты, катера.
• «Киты» — алюминиевое судостроение из наборов, состоящих из нарезанных деталей и сборочных чертежей. Чертежи разрабатываются лицензированным проектным бюро, а сборка осуществляется небольшими верфями с выпуском судов 3-5/год.
• Суда, предназначенные для эксплуатации в тяжелых условиях.
• Суда индивидуальной постройки.
• Рифленые листы для нужд судостроения, а также алюминиевые плиты, профили, трубы и прутки.

Как выбрать вид сплава?

Сфера применения алюминиевых сплавов разнообразна. Тип и вид сплава определяется назначением изделия, требованиями к коррозийной стойкости, упругости и др. Перечень сплавов и их свойства можно уточнить по ГОСТам и международным классификациям.
На данное время, можно выделить следующие ключевые виды «морского алюминия».
Для малосоленой воды, к примеру, в акватории Балтики, рекомендуются листы из сплава АМг5 (по европейским классификаторам, 5083). Для пресной воды, речной или озерной, часто используют листы АМг3 (европейский стандарт — листы 5754). Также коррозийную стойкость в условиях работы с морской водой обеспечивают листы АМг61 (аналог- 1561).
Технологии не стоят на месте, и развитие отрасли продолжается, добиваясь уникальных свойств материала — стойкости к деформации и коррозии, соотношения прочности и пониженного веса.

5 вещей из алюминия, без которых мы не можем представить свою жизнь

Алюминий стал широко доступен только в 20 веке в большей степени благодаря авиационной промышленности. Если сделать опрос людей какие вещи из алюминия они знают, мы можем увидеть замешательство. Мы не придаем значения тому, что мы держим в руках или видим каждый день вокруг себя. При этом, сегодня все еще является весьма актуальным собирать и сдавать на вторичную переработку алюминиевый лом.

Алюминий и его сплавы — широко распространены как технический металл. Некоторые виды использования алюминия могут быть не очевидны сразу. Например, вы знали, что алюминий используется в производстве стекла?

Алюминий невероятно популярен, потому что он легкий, крепкий, устойчив к коррозии, долговечный, пластичный, податливый, проводящий и не имеет запаха.

Алюминий также пригоден для переработки на 100% без потери своих природных свойств. Кроме того, для переработки лома алюминия требуется 5% энергии, чем для производства нового алюминия.

Вот 5 вещей из алюминия, без которых сегодня очень трудно представить нашу жизнь.

Транспортные средства

Здесь мы имеем в виду в первую очередь аэрокосмическую и автомобильную промышленность: авиадетали, автомобили, а также поезда, судна, мототранспорт и велосипеды.

Аэрокосмическая промышленность любит алюминий по причине легкости веса, поскольку его снижение имеет решающее значение для самолетов и космических аппаратов. По этой же причине широко используют алюминий и в автомобильном производстве. Он помог снизить вес легковых и грузовых автомобилей и, таким образом, несколько улучшить эффективность использования топлива.


Фактически, алюминий использовался еще до изобретения самолетов в рамах дирижаблей Zeppelin. Сегодня современные самолеты используют алюминиевые сплавы повсюду, от фюзеляжа до приборов кабины. Даже космические корабли, такие как космические челноки, содержат в своих частях от 50 до 90% алюминиевых сплавов.

Автомобильная промышленность все еще в значительной степени зависит от стали. Несмотря на это стремление повысить эффективность использования топлива и сократить выбросы CO2 привело к гораздо более широкому использованию алюминия в производстве автомобилей. Алюминий делает Teslas и Fords более легкими и более энергоэффективными. Эксперты прогнозируют, что к 2025 году среднее содержание алюминия в автомобиле увеличится на 60%.

Высокоскоростные железнодорожные системы, такие как Shinkansen в Японии и Maglev в Шанхае, также используют алюминий. Металл позволяет конструкторам снизить вес поездов, снижая сопротивление трения.

Тем не менее, пока алюминий обеспечивает небольшой вес деталям автомобильного производства. А мы можем передвигаться на большие расстояния, подниматься в небо и переплывать моря и океаны.

Строительные материалы

Строительство и строительная индустрия не исключение для использования алюминия.

В течение почти ста лет алюминиевые сплавы применяются в строительстве домов и офисных зданий. Наиболее известным является Эмпайр Стейт Билдинг. Он был одним из первых современных сооружений, которые в значительной степени были изготовлены из алюминия, в том числе на его культовый шпиль.

В настоящее время алюминий широко признан одним из самых энергоэффективных и устойчивых строительных материалов, доступных на рынке. Мы используем оконные рамы, фасадные панели, кровельные материалы и ставни.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью. Анодированный алюминий обладает высокой восприимчивостью к полировке и невероятно долгим сроком службы. Для строительной отрасли это важный фактор, поскольку затраты на длительное техническое обслуживание будут намного ниже, чем у сопоставимых материалов. Алюминий также не подвержен атмосферным воздействиям и может очень хорошо противостоять как  влажному, так и в сухому климату, а также не становится хрупким при низких температурах. Сегодня мы можем воплотить практически любое дизайнерское решение с помощью этого материала.

Потребительские товары

В потребительских товарах причиной частого использования алюминия является легкость и внешний вид. В результате алюминий используют при изготовлении телефонов и ударопрочных для них защитных стекол, ноутбуков, спортивногох и туристического снаряжения, сковородок и кастрюль.

Кастрюля или сковородка из алюминия поглощает всего 7% тепла, остальное отдает пище. Эти алюминиевые изделия хорошо проводят тепло, не токсичны, устойчивы к ржавчине и легко чистятся.

Использование в производстве гаджетов позволят добиться легкого веса, эргономичного и привлекательного дизайна. Apple в своих iPhone и MacBook использует преимущественно детали из алюминия. Также сильно предпочитают алюминий, для изготовления своих изделий и другие высокотехнологичные бренды электроники, такие как производитель аудиотехники Bang & Olufsen.

Да, про защитные стекла! Команда исследователей из Токийского университета и Японского института синхротронного излучения создала стекло, пропитанное оксидом алюминия, что они называют аэродинамической левитацией. В результате получилось стекло, которое не разбивается при падении или при ударе другим предметом. Именно такие стекла используют в самых разных областях, от автомобильных окон до смартфонов и планшетов.

 

Промышленные товары

К промышленным товарам, которые изготавливают из алюминия сегодня можно отнести осветительные приборы, термозащитные пленки (отражатели) радиаторы.

Так, по соотношению прочности, теплоотдачи и легкости алюминиевые радиаторы значительно превосходят стальные или металлические.
Теплозащитные пленки изготавливают из специальной изоляционной пены, покрытой алюминиевой фольгой. Служа эффективной пленкой радиатора, она предотвращает тепловые потери энергии через стены, отражая тепло, выделяемое радиатором, обратно в помещение. Такая алюминиевая теплоотражающая фольга позволяет значительно уменьшить количество энергии, необходимое для комфортного обогрева помещения.

Также, превосходные свойства алюминия делают его  оптимальным выбором для опор и кронштейнов для наружного освещения. При контакте с воздухом алюминий образует защитный слой из оксида алюминия, который защищает от коррозии. Эта естественная устойчивость к коррозии гарантирует, что алюминиевый осветительный столб выдержит воздействие времени, температуры и влажности, а также обеспечит долгие годы службы.

Фольга и упаковка

Алюминий все больше и больше заменяет пластиковые и стальные компоненты, так как он прочнее и жестче, чем пластик, и легче — чем сталь. Такие характеристики позволяют алюминиевым изделиям быстро рассеивать тепло, предохраняя электронные устройства от перегрева.

Сегодня алюминий используется для изготовления  фольги для выпечки, лотков для еды, банок для аэрозолей, а также крышек для бутылок.

Алюминиевая фольга представляет собой тонкий, блестящий лист бумаги алюминиевого металла. Он изготавливается путем прокатки больших алюминиевых листов до толщины менее 0,2 мм.

Дома люди используют алюминиевую фольгу для хранения продуктов, для покрытия поверхностей выпечки и для упаковки продуктов, таких как мясо, чтобы они не теряли влагу во время приготовления пищи.

Ну и один из наиболее распространенных видов алюминиевой тары в нашей жизни – алюминиевые банки для напитков. Одна алюминиевая банка состоит из сплава алюминия, 1% марганца, 1% магния, 0,2% кремния и 0,15% меди. Внутренняя поверхность банки покрывается специальным лаком, чтобы избежать контакт металла и напитка. Алюминиевые банки имеют самую высокую стоимость лома, субсидируя сбор и переработку других материалов. Они могут быть переработаны и возвращены на полку магазина в виде новой банки всего за 60 дней.

 

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ПРО АЛЮМИНИЙ

  • 8% внешней коры Земли (по весу) состоит из алюминия.
  •  Один Boeing-747 содержит более 66 000 кг алюминия.
  • Алюминиевая фольга обычно имеет толщину менее 0,15 мм.
  • Чтобы изготовить 1 кг чистого алюминия потребуется около 2–3 кг алюминиевой руды (боксита).
  • Для производства чистого алюминия из переработанных банок требуется в 20 раз меньше энергии, чем из бокситов.
  • Китай в 2017 году произвел более половины мирового объема алюминия (примерно 32 000 тысяч метрических тонн).
  • В Германии примерно 95% банок проходят вторичную переработку.  США перерабатывают 70% алюминиевых банок для напитков.
  • Ежегодно производится около 180 млрд банок для напитков. Как правило, алюминиевые банки изготавливаются из 70% переработанного металла, который сдают как вторичное сырье – лом алюминиевых банок в перерабатывающие компании.

И напоследок из интересного: алюминиевая пудра + йод + несколько капель воды = эффектное шоу. Вы увидите облака токсичного пурпурного пара йода, а затем пламя. Реакция — демонстрация того, насколько активным может быть алюминий.

Пожалуйста, не пытайтесь повторить это самостоятельно.

И — сортируйте вашу алюминиевую тару отдельно, ведь ей можно дать вторую и третью жизнь!

Конструкции легких самолетов: дерево, алюминий, сталь, композиты и свойства каждого…: khmelikvictor — LiveJournal

Авиационные конструкции в основном однонаправленные. Это означает, что одно измерение, длина, намного больше, чем другие — ширина или высота. Например, размах крыльев и хвостовых лонжеронов намного длиннее их ширины и глубины; нервюры имеют гораздо большую длину хорды, чем высоту и / или ширину; целое крыло имеет размах, превышающий его хорду или толщину; и фюзеляж намного длиннее, чем его ширина или высота. Даже пропеллер имеет диаметр, намного превышающий ширину и толщину лопасти и т. д. По этой простой причине разработчик выбирает использование однонаправленного материала при проектировании для эффективного соотношения прочности к весу конструкции.

Однонаправленные материалы в основном состоят из тонких, относительно гибких, длинных волокон, которые очень прочны на растяжение (например: нить, веревка, многожильный стальной трос и т. д.)
Для конструкции самолета также характерна симметричность. Это означает, что нагрузки вверх и вниз почти равны друг другу (или, по крайней мере, соизмеримы). Нагрузка на хвостовое оперение может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от того, поднимает ли пилот или опускает нос самолета, потянув или нажав ручку управления самолетом; руль направления может отклоняться вправо и влево (боковые нагрузки на фюзеляж). Порывы воздушного потока на крыло могут быть положительными или отрицательными, вызывая повышающие или понижающие нагрузки, которые испытывают пассажиры, когда их толкают в сиденье или они висят на ремнях.
Из-за этих факторов, разработчик должен использовать конструкционный материал, который может выдерживать как растяжение, так и сжатие. Однонаправленные волокна могут иметь превосходные параметры по растяжению, но из-за их малого поперечного сечения они имеют очень небольшую сопротивляемость сжатию. В качестве иллюстрации: вы не можете загрузить нить, веревку или цепь на сжатие.
Чтобы сделать тонкие волокна прочными на сжатие, их нужно «склеить» какой-то основой (матрицей). Таким образом, мы можем воспользоваться преимуществами их прочности на растяжение и избавляемся от их низкой прочности при сжатии, так как они становятся более устойчивыми к сжатию, помогая друг другу не сгибаться. Основа или матрица обычно представляет собой смолу, удерживающую волокна вместе и позволяющую им выдерживать требуемые нагрузки сжатия. Это очень хороший конструкционный материал.

Дерево
Исторически дерево использовалось в качестве первого однонаправленного конструкционного материала. Природа, в своей мудрости, дала прекрасный однонаправленный материал, заставляя определенные деревья расти в определенных условиях: они должны быть высокими и прямыми, а их древесина должна быть прочной и легкой. Поперечное сечение ствола дерева показывает годовые кольца, чтобы мы могли посчитать возраст дерева. Темные полосы (поздняя древесина) содержат много волокон, тогда как светлые полосы (ранняя древесина) содержат гораздо больше «смолы». Таким образом, чем шире темные полосы, тем сильнее и тяжелее древесина. Если темные полосы очень узкие, а светлые — довольно широкие, дерево светлое, но не очень прочное. Чтобы получить наиболее эффективное соотношение прочности и веса для дерева, нам нужно определенное количество полос на дюйм. Фактически, мы хотим получить хороший баланс «ранней» и «поздней» древесины, или, другими словами, очень особых условий выращивания, то есть географической высоты, где рост дерева зависит от широты и местных климатических условий. Хотя это очень интересная тема, мы не будем вдаваться в такие подробности, кроме как упомянуть, что именно природа снабжает нас очень эффективным материалом из своего растительного царства. Помните, что вопреки строго минеральному миру, безнадежно подверженному гравитации, растягивающей все вокруг, растение имеет в себе силу, которая заставляет его расти против силы тяжести вверх. Если бы мы могли использовать эти жизненные силы в наших машинах, мы могли бы подняться без помощи двигателя. Авиации еще многое предстоит открыть…

Еще одна тема, которую мы не будем касаться — это испытания древесины Есть несколько простых тестов (влажность, динамика, устойчивость), но кажется, что никто их больше не знает.

Некоторые из наших авиационных конструкций двумерные (длина и ширина большие по толщине). Для таких структур часто используется фанера. Несколько тонких листов шпона склеены между собой так, что волокна разных слоев пересекаются под разными углами: обычно под 90 градусов, также можно 30 и 45). Фанера весьма эффективно работает на сдвиг, если конструктор правильно ее использует.

Чтобы завершить эту дискуссию о древесине, давайте прямо заявим, что наша нынешняя цивилизация использует так много бумаги, что мы истощаем планету от деревьев, не пересаживая их правильно. Сегодня хорошую древесину для строительства самолетов очень трудно найти. Вместо того, чтобы использовать одну хорошую доску для лонжерона, мы должны использовать ламинирование, потому что большие куски дерева практически недоступны, и мы больше не можем доверять качеству древесины. Мы должны использовать много слоистых материалов, чтобы получить необходимую прочность без слишком большого перетяжеления. С точки зрения доступности нам просто нужна замена того, что природа снабжала нас до сих пор.

Алюминиевые сплавы
Итак, поскольку дерево может быть не таким доступным, как было раньше, мы смотрим на другой материал, который является прочным, легким и легко доступным по разумной цене: алюминиевые сплавы. Нет смысла обсуждать титан — он просто слишком дорогой. Мы обсудим свойства алюминиевых сплавов, которые используются в конструкции легких самолетов, более подробно позже. Пока мы будем рассматривать алюминий как конструкционный материал.
Экструдированные алюминиевые сплавы: благодаря процессу производства алюминия мы получаем однонаправленный материал, который в продольном направлении немного прочнее, чем в поперечном, при этом прочный и на сжатие. Если характеристики растяжения и сжатия практически одинаковы для алюминиевых сплавов, то дерево, с другой стороны, имеет предел прочности при растяжении, примерно вдвое превышающий его прочность на сжатие; соответственно, необходимо использовать специальные методы анализа напряжений, и для того, чтобы избежать концентрации напряжений, необходимо хорошее понимание работы древесины под нагрузкой!
Алюминиевые сплавы в тонких листах (0,016-0,125 дюйма или 0,4-3,1 мм) представляют собой превосходный двумерный материал, широко работающий на сдвиг, с подкрепляющими элементами и без, а также в качестве элементов растяжения-сжатия, когда они надлежащим образом согнуты.
Стоит помнить, что алюминий — это искусственный металл. Алюминий получают путем электролиза из боксита (оксид алюминия), который затем смешивают с различными добавками, повышающими прочность. В следующей статье мы увидим, какие добавки используются, и почему и как мы можем повысить прочность алюминия путем холодного упрочнения или закалки. Все обычно используемые алюминиевые сплавы, которые доступны на рынке. По запросу при покупке вы можете получить сертификат, который гарантирует химические и физические свойства в соответствии стандартами.
Как правило, алюминий в три раза тяжелее, но и в три раза прочнее дерева. Сталь снова в три раза тяжелее и прочнее алюминия.

Стали
Таким образом, следующим материалом для конструкции самолета будет сталь, которая имеет такую же удельную прочность, как дерево или алюминия.
Мы в основном используем хром-молибденовый сплав под названием 4130.
Распространенным полуфабрикатами являются трубы и листовой материал. Сталь из-за большого удельного веса не используется в качестве обшивки, так как алюминиевые листы или фанера. Если из прочностных соображений, там, где нам понадобится фанера толщиной 0,1 дюйма (2,5 мм), нам потребуется алюминиевый лист 0,032 дюйма (0,8 мм), стальной же лист в этой ситуации должен иметь толщину 0,01 дюйма (0,25 мм), который слишком тонок. Вот почему стальной фюзеляж использует трубы в качестве элементов ферменной конструкции для передачи сжатия или растяжения, и вся конструкция затем покрывается легкой тканью, чтобы придать ей необходимую аэродинамическую форму или желаемый вид. Следует отметить, что этот метод включает в себя два метода: обработка стали и покрытие ткани.
Преимущество стальной конструкции состоит в том, что ее можно легко сваривать. Это особенно относится к Северной Америке, где сварщик не должен быть аттестован, как некоторых других странах. Исторически эта разница в нормативных документах связана с «духом пионеров» и объясняет, почему сварные стальные фюзеляжи так распространены здесь и практически нигде больше.
Мы будем обсуждать трубы и сварные стальные конструкции более подробно позже, а теперь перейдем к «искусственной древесине» или композитным конструкциям.

Композиционные материалы
Разработчик композитного самолета просто использует волокна в нужном направлении именно там, где требуется. Волокна залиты смолой, чтобы удерживать их на месте и обеспечивать необходимую опору для предотвращения коробления. Вместо фанеры или листового металла, который допускает только одну кривизну, композитный конструктор использует ткань, где волокна уложены в двух направлениях, также встроенные в смолу. Это имеет преимущество свободы формы в двойной кривизне, как того требуют оптимальные аэродинамические формы и очень привлекательный внешний вид.
Современные волокна (стеклянные, нейлоновые, кевларовые, углеродные или монокристаллические волокна различного химического состава) очень прочные, поэтому конструкция становится очень легкой. Недостаток — очень маленькая жесткость низкая устойчивость. Конструкция нуждается в подкреплении, которое достигается либо обычными незаметными ребрами жесткости, либо более элегантно с многослойной структурой: два слоя тонких однонаправленных или двунаправленных волокон разделяются легким наполнителем (пенопластом или «сотами»). Это позволяет конструктору достичь необходимой жесткости.
С инженерной точки зрения этот метод очень привлекателен и поддерживается многими органами власти, поскольку он позволяет новые разработки, которые необходимы в случае войны. (США, не имеющие титана или хрома, нуждаются в разработке практических альтернатив.) Но этот метод также имеет свои недостатки для жилищного строительства: необходима форма, и необходим строгий контроль качества для правильного количества волокон и смолы и для хорошей адгезии. между обоими, чтобы предотвратить слишком «сухую» или «мокрую» структуру. Также отверждение смолы довольно чувствительно к температуре, влажности и давлению. Наконец, смолы являются активными химическими веществами, которые будут вызывать не только хорошо известные аллергии, но также химические вещества, которые воздействуют на наш организм (особенно глаза и легкие), и они обладают неблагоприятным свойством кумулятивного повреждения и в результате (в частности, ухудшения глаз) появляется только через несколько лет после первого контакта.
Другим недостатком смол является их ограниченный срок хранения, то есть, если смола не используется в течение указанного промежутка времени после изготовления, результаты могут быть неудовлетворительными и небезопасными.
Наконец, если формы не очень хорошо спроектированы, изготовлены и обслуживаются, внешняя часть конструкции нуждается в сложной и трудоемкой финальной отделке. Также следует проявлять большую осторожность, так как слишком много шлифования может привести к ослаблению силовой конструкции. Исторически сложилось, что композиты достигли своего пика несколько лет назад. Сегодня доказано, что только опытные специалисты могут создать надежную и совершенную конструкцию, при этом рисковать своим здоровьем.

Подведем итоги
• Природа предоставляет сырье, прекрасно подходящее для авиационных конструкций. К сожалению, мы эксплуатируем природу, и сегодня трудно найти запасы древесины и фанеры необходимых размеров и качества.
• Алюминиевые сплавы в экструдированной и ламинированной форме являются привлекательной альтернативой, особенно потому, что их легко поставлять с гарантированными свойствами.
• Стальные трубы по-прежнему очень популярны в Северной Америке, поскольку сварка, кажется, не создает никаких проблем, как это опасается в других частях мира. Трубчатая структура покрыта тканью.
• Композиты можно рассматривать как «искусственное дерево» со структурной точки зрения. Как и все искусственное, оно может быть лучше, чем натуральный продукт, но производитель должен учитывать в процессе производства мудрость, присущую природе, и / или качество, обеспечиваемое другими производителями сырья (алюминий, сталь). Это в дополнение к опасностям для нашего собственного здоровья (и здоровья нашей семьи при строительстве в гараже).

Оригинал статьи на английском языке.
Специальное спасибо переводчику Google, ведь с каждым днем он становится комфортым.

Ну и немного о себя
Так получилось, что период моего обучения на авиационного инженера пришелся на середину и конец восьмидесятых. Это было пиком развития отечественной авиационной промышленности. Дерево, великолепный конструкционный материал, особенно для легких самолетов, использовался исключительно при изготовлении макетов. Наиболее распространенными были алюминиевые сплавы: Д-16Т, В95, АК4-1 и тому подобные: легко обрабатываемые и со стабильными характеристиками. Сталь 30ХГСА применялась в высоконагруженных конструкциях и сварных узлах. Ее отличием и недостатком одновременно, по сравнению с хромолибденовой американской сталю, является обязательная необходимость термообработки (закалки или нормализации), а процесс этот не очень простой технологически. Крис Хайнц обходит стороной титан. У нас же денег никто тогда не считал, вот почему титановые рессоры на легких самолетах были нормой. О композитах хочу сказать отдельно. Тогда, в 80-х было четкое мнение, которое спустя сорок лет прочно сидит в сознании многих не только обывателей, но и инженеров: металлические конструкции (кроме титана и нержавеющей стали, естественно) – неэффективные и устаревшие, а вот композитные – уникальные, высокоэффективные, современные и, позволю себе сказать, модные. Такое мнение поддерживалось везде, на всех уровнях.
Пару лет назад, готовя публикацию о самолете Cessna 400, я обнаружил следующее. Прежде чем прекратить выпуск данной модели самолета в 2018 году из-за низких продаж, собирали его, как и положено в США, а вот производство композитных агрегатов было перенесено в Мексику из-за проблем с экологией и общей вредностью композитного производства.
Если посмотреть с точки зрения материалов на самолеты, которые выпускает компания Zenith Aircraft, то заметны следующие принципы. Основной конструкционный материал – алюминиевые сплавы, сталь в ферменных конструктивных элементах и сложных узлах. Композиты – в несиловых конструкциях сложной формы: капоты и обтекатели шасси. При чем такой здравомыслящий подход заметен в конструкциях многих современных легких самолетов: не это ли «инженерная мудрость»?

«Крылатый металл». Дюралюминий как компонент победы в войне

Главным потребителем алюминия в годы Великой Отечественной войны было авиапроизводство. Изображение: nevareaktiv.ru



Подготовка к большой войне


В первой части материала об алюминиевой промышленности и её влиянии на военный потенциал Советского Союза говорилось о серьезном отставании страны от Германии. В 1941 году нацистская промышленность более чем в три раза опережала по данному параметру советскую. Мало того, даже собственные расчеты в рамках мобилизационного плана «МП-1», которые датируются 17 июня 1938 года (утвержден Комитетом обороны при Совете Народных Комиссаров), предполагали, что стране в случае войны потребуется порядка 131,8 тысячи тонн алюминия. А к 1941 году в реальности Советский Союз был способен выпускать не более 100 тысяч тонн «крылатого металла», и это, естественно, без учета потери западных территорий, на которых располагались основные предприятия цветной металлургии.

Наиболее чувствительным к дефициту алюминия была авиационная отрасль, и для частичного удовлетворения растущих потребностей Наркомавиапрома Совет Народных Комиссаров выработал ряд мер. В 1941 году недостачу предполагалось закрывать с помощью использования возврата легких металлов (34 тыс. тонн), внедрение в конструкцию самолетов облагороженной древесины (15 тыс. тонн), производств магниевых сплавов (4 тыс. тонн) и за счет банальной экономии (18 тыс. тонн). Это, кстати, стало следствием возросших мобилизационных аппетитов Советского Союза: к 1942 году планировали использовать уже не 131,8 тыс. тонн алюминия, а более 175 тыс. тонн. Кроме количественного наращивания производства алюминия, в стране заранее были предусмотрены методы качественного улучшения сплавов на базе «крылатого металла». Дюралюминиевые самолеты первоначально в армии больше ремонтировались и красились, чем летали, что являлось следствием невысокой коррозионной стойкости сплава. Со временем на заводе имени Авиахима разработали метод плакирования дюраля чистым алюминием (который, в свою очередь, на воздухе покрывался прочной защитной оксидной пленкой), и с 1932 года этот прием стал обязательным для всего советского авиапрома.

ЛаГГ-3. Изображение: ru.wikipedia.org


«Алюминиевый голод» негативно сказывался на качестве отечественных самолетов не только легкомоторного класса типа У-2 и УТ-2, но и истребителей Як-7 и ЛаГГ-3. Например, истребитель Як-7 представлял собой самолет с деревянным крылом и гладкой фанерной обшивкой фюзеляжа. Хвостовая часть корпуса, рули и элероны обтягивались полотном. Из дюралюминия изготавливались только капот двигателя и бортовые люки носовой части самолета. Более того, один из основных боевых истребителей периода войны ЛаГГ-3 был вообще цельнодеревянным. Силовые элементы его конструкции изготавливались из так называемой дельта-древесины. Аббревиатуру «ЛаГГ» летчики с сарказмом расшифровывали как «лакированный гарантированный гроб». Тем не менее таких самолетов, в том числе на авиазаводах Ленинграда, было выпущено 6528 штук, и они активно участвовали в боевых действиях. По мнению военного историка А.А. Помогайбо, эти истребители изначально были «обречены уступать немецким алюминиевым Ме-109, которые к 1941 году приблизились по скорости к отметке 600 км/ч».

Сплавы на алюминиевой основе, так необходимые авиации, в СССР к началу войны выплавляли три комбината: имени Ворошилова в Ленинграде, московский №95 и построенный в 1940 году Ступинский завод легких сплавов №150. При возведении последнего за помощью активно обращались к американцам. В 1935 году делегация под руководством Андрея Туполева отправилась в США, где выяснилось, что в заокеанском авиастроении широко используется большие листы дюрали 2,5 метра на 7 метров. В СССР к тому времени не могли сделать лист больше 1х4 метра – такие технологические стандарты существовали еще с 1922 года. Естественно, правительство обратилось к компании «Алкоа» с просьбой предоставить многовалковые станы для производства аналогичных дюралюминиевых листов, но ответ был отрицательным. Не продала станы «Алкоа» — так продаст давний бизнес-партнер Советского Союза Генри Форд. Его компания и еще несколько подобных в США поставили в конце 30-х годов в СССР несколько крупных прокатных станов для алюминиевых сплавов. В результате один только Ступинский завод в 1940 году выпустил 4191 тонну высококачественного дюралюминиевого проката.

Тринадцатый элемент победы


Крупнейшей потерей начала Великой Отечественной войны для алюминиевой промышленности стал Днепровский алюминиевый завод. Задержать рвущиеся к Запорожью немецкие танки в середине августа пытались частичным разрушением ДнепроГЭСа, приведшим к многочисленным жертвам как среди оккупантов, так и среди красноармейцев и мирных жителей. Эвакуацией Днепровского алюминиевого завода, самого крупного завода среди подобных в Европе, прямо под боком у немцев занимались высокопоставленные чиновники: главный инженер Главалюминия А. А. Гайлит и замнаркома цветметаллургии В. А. Флоров. Эвакуация под постоянным обстрелом врага (нацисты были на другом берегу Днепра) закончилась 16 сентября 1941 года, когда на восток был отправлен последний из двух тысяч вагонов с оборудованием. Немцы так и не смогли организовать производство алюминия на запорожском предприятия до самого момента изгнания. По аналогичному сценарию были эвакуированы Волховский алюминиевый и Тихвинский глиноземный заводы.

Уральский алюминиевый завод в предвоенный период (г. Каменск-Уральский). Изображение: ku66.ru


С осени 1941 года производство дюралюминиевого проката прекратилось и восстановилось только к маю следующего года. Теперь производство базировалось лишь на двух предприятиях: заводе №95 в Верхней Салде и комбинате №150 на станции Кунцево. Естественно, из-за временной остановки просел, хоть и незначительно, объем выпуска цельнометаллических самолетов с 3404 экземпляров с 1940 году до 3196 крылатых машин в 1941 году. Но уже с 1942 года объем выпуска самолетов из дюралюминия неуклонно рос. Формально преодолеть острую нехватку дюралюминия советскому авиапрому удалось к лету 1944 года – именно тогда объемы выпуска самолетов стабилизировались. Применительно к истребителям это можно было наблюдать в ходе операции «Багратион» в Белоруссии, когда на фронт стали поступать самолеты конструкции С.А. Лавочкина Ла-7. Большинство его силовых элементов были выполнены из легких металлосплавов. Истребитель превосходил своего основного противника, FW-190А, в скорости, скороподъемности и маневренности. И если в 1942 году рост производства самолетов объясняется вводом в строй мощностей, эвакуированных с запада на восток, то в 1943 году в стране появились алюминиевые комбинаты, ранее не существовавшие. В этот год удалось ввести возвести Богословский алюминиевый завод в Свердловской области и Новокузнецкий алюминиевый завод в Кемеровской области. Огромную помощью в организации производства алюминия на этих предприятиях оказали специалисты с эвакуированных ранее Волховского алюминиевого и Тихвинского глиноземного заводов. Относительно Богословского алюминиевого завода стоит сказать, что первую плавку алюминия удалось осуществить только в знаменательный день — 9 мая 1945 года. Первая же очередь Новокузнецкого завода была пущена еще в январе 1943 года. В том же году выплавка алюминия в СССР превысила довоенный уровень на 4%. К примеру, только Уральский алюминиевый завод (УАЗ) в 1943 году производил в 5,5 раз алюминия больше, чем до войны.

Уральский алюминиевый завод в предвоенный период (г. Каменск-Уральский). Изображение: ku66.ru


Очевидно, дефицит отечественного алюминия был преодолен не без помощи поставок из США по программе ленд-лиза. Так, еще в июле 1941 года, принимая в Кремле личного представителя американского президента Г. Гопкинса, Иосиф Сталин в числе наиболее необходимых видов помощи из США назвал высокооктановый бензин и алюминий для производства самолетов. В общей сложности США и Великобритания с Канадой поставили порядка 327 тысяч тонн первичного алюминия. Много это или мало? С одной стороны, немного: только США в рамках ленд-лиза отправили в СССР 388 тысяч тонн рафинированной меди, гораздо более дефицитного сырья. А с другой стороны, поставки из-за рубежа составили 125% от уровня производства алюминия в военное время в Советском Союзе.

Прогресс в производстве алюминия в годы Великой Отечественной войны наблюдался не только в плане увеличения объёмов выпуска, но и в снижении энергозатрат на выплавку. Так, в 1943 году в СССР освоили технологию литья алюминия в газовых печах, что серьезно снизило зависимость предприятий цветной металлургии от поставок электроэнергии. В этом же году стала широко применяться техника непрерывного литья дюралюминия. А годом ранее впервые в истории промышленности на Уральском заводе выход алюминия по току превысил 60 граммов металла на 1 киловатт-час электроэнергии при положенных по норме 56 граммов. Это стало одной из причин блистательного достижения 1944 года – УАЗ сэкономил 70 миллионов киловатт-часов электричества. О том, что это значило для мобилизованной промышленности Советского Союза, думаю, рассуждать будет бессмысленно.

Новостной портал города Пушкино и Пушкинского городского округа

На заре российской авиации самолеты были сплошь деревянные. И неизвестно, как повернулась бы история самолетостроения, если бы не уроженец города Пушкино Иван Сидорин, который в начале 20-х годов изобрел легкий алюминиевый сплав и добился его промышленного производства.

Так появился первый металлический АНТ-4 «Страна Советов», на котором в 1929 году был совершен первый перелет в Америку. Страна неожиданно для всего мира совершила колоссальный рывок вперед. Стране нужен алюминий!

17 марта 1921 года скончался от тифа крупнейший ученый, создатель аэродинамики как науки, основатель ЦАГИ Николай Егорович Жуковский. 18 ноября 1921 году его ученик, выпускник Императорского московского технического училища 33-летний материаловед Иван Сидорин написал докладную записку в Главное управление военной промышленности, в которой подчеркивал:

«Русская авиация и воздухоплавательная промышленность в настоящее время ощущают острый недостаток в алюминии и полное отсутствие алюминиевых сплавов. Это, безусловно, вредно отражается на развитии русской техники. Доставка названных материалов из-за границы требует громадных расходов золота и может быть допущена лишь как временная мера. Эта мера возможна лишь при отсутствии войны. Поэтому Республика должна спешно организовать свою алюминиевую промышленность. На первое время необходимо построить один завод для добычи чистого алюминия и один завод для производства алюминиевых сплавов».


Иван Иванович за работой
(фото из семейного архива Сидориных)


Подробно изучив многие алюминиевые сплавы, Сидорин особо выделил дуралюмин как материал, который может найти широкое применение в различных отраслях техники, включая авиацию.

В том же 1921 году Сидорин добился закрытия в Москве немецкой концессии «Юнкерс», монополиста в области металлического самолетостроения, которая привозила полуфабрикаты из Германии и не делала капиталовложений в организацию металлического самолетостроения в России.

В Кремле, куда его вызвали для объяснений, молодой специалист предложил организовать производство легкого металла для авиации на имеющихся у нас заводах. Он был убежден, что надо начать работать, тогда и появится опыт. Как постоянному члену научно-технического комитета при ГУ ВВС ему и была поручена эта работа.

Аэросани для Туполева

Временно оставив преподавание в МВТУ им. Н.Э. Баумана, он выехал во Владимирскую область в Кольчугино на меднообрабатывающий завод, где и начались опыты по производству нового металла. На завод приезжала комиссия по металлическому самолетостроению во главе с Андреем Николаевичем Туполевым. Уже зимой устроили пробег аэросаней, выполненных из нового металла — АНТ-211.

Аэросани серии АНТ, 1924 г.


В конце 1922 года доложили о выполнении правительственного задания. Новый сплав был назван кольчугалюминием. Позже выяснилось, что технология изготовления профилей и гофра на Кольчугинском заводе проще и производительней, чем на заводе Юнкерса в Германии.

Один из первых строителей аэросаней, рабочий с Кольчугинского завода Н. В. Лысенко, вспоминал:

«Это был нелегкий путь от освоения совершенно нового металла до производства отдельных конструкций и целых самолетов. В изучении свойств кольчугалюминия и технологии его обработки огромную помощь нам оказывал Иван Иванович Сидорин. По вечерам на квартире сестры А.Н. Туполева Марии Николаевны, в одноэтажном доме напротив ЦАГИ, И.И. Сидорин читал нам лекции о свойствах нового металла, учил с ним работать. В ЦАГИ, в доме на Вознесенской улице, для работы нам приспособили большую угловую комнату на втором этаже. Это была наша первая производственная площадь… Постепенно задания усложнялись».

Спортивный металлический моноплан, как назвали его специалисты, строили в одной из комнат второго этажа первого здания ЦАГИ (ныне музей Н.Е. Жуковского).

Железная «птичка-невеличка»

К проектированию своего первого самолета Андрей Туполев приступил еще в начале 1921 года. Изначально планировалось, что он будет построен, как обычно, из дерева, но в 1922 году после испытания аэросаней и речного глиссера АНТ-1 было принято решение об использовании кольчугалюминия. К моноплану подобрали французский двигатель «Анзани», правда, сильно изношенный. Так появился самолет АНТ 1. По сравнению с деревянными аэропланами с огромным размахом крыльев «Русским Витязем», «Ильей Муромцем», которые в свое время потрясли весь мир, это был совсем маленький самолет, зато с элементами из металла. Создатели прозвали его «птичкой-невеличкой».

АНТ-1 перед испытаниями


21 октября 1923 года АНТ-1 поднялся в небо. Второй самолет Туполева цельнометаллический АНТ-2 был значительно больше своего предшественника и стал одним из самых передовых летательных аппаратов того времени. Он прошел испытание 26 мая 1924 года. С тех пор кольчугалюминий стали называть крылатым металлом.
самолёт АНТ-2

А в СССР развернулась дискуссия, стоит ли строить в стране лесов самолеты из металла. Об этом времени А.Н. Туполев вспоминал: «Мы нажили немало противников даже среди весьма маститых специалистов. Они говорили: «Россия не имеет алюминия, зато обладает несметными запасами лучшей в мире древесины». – «Нет алюминия – значит, надо его получить!»− отвечали мы».

Впереди планеты на 15 лет

Иван Сидорин издавал монографии, ставшие настольными книгами у всех конструкторов самолетостроения. Не оставляя работы в ЦАГИ, Сидорин в 1925 году взялся за создание Института испытания материалов в МВТУ.

Крупнейшим завоеванием советской металлургической промышленности и авиапромышленности в 20-е годы стал серийный выпуск цельнометаллического самолета АНТ-4, на котором в 1929 году экипаж летчика С.А. Шестакова под руководством инженера В.М. Петлякова совершил первый перелет в Америку.


Знаменитый АНТ-4 «Страна Советов»

Газета «Нью-Йорк Таймс» писала: «Россия должна быть признана авиационной нацией. Прибытие в Сиэтл «Страны Советов» из Москвы не может ни рассматриваться как подвиг…»

В том же 1929 году И.И. Сидориным в МВТУ была создана первая в мире кафедра металловедения, для которой он написал курс лекций. Вслед за МВТУ и другие технические вузы открыли кафедры металловедения.

Крупнейшим центром авиационного материаловедения в 30-е годы стал Всесоюзный институт авиационных материалов (ВИАМ), созданный Иваном Ивановичем Сидориным на основе отдела ЦАГИ в 1932 году. Одержав победу над деревянным самолетостроением, признанный ученый тем не менее решил не пренебрегать бесценным опытом и включил в структуру ВИАМа Бюро по авиалесу, созданное им в 1926 году. И оказался прав. Когда в начале войны вышли из строя основные заводы по производству алюминия, стали строить самолеты смешанной металлодеревянной конструкции: ЛаГГ и Яки, МиГи, Илы-2.


Андрей Туполев (в центре) в гостях у Ивана Сидорина (слева)
(фото из семейного архива Сидориных)
 
В предвоенные годы Иван Сидорин работал над созданием новой стали – хромансиля, во много раз прочнее всех зарубежных образцов и без дорогостоящего молибдена. В итоге наша страна опередила зарубежную авиацию на пятнадцать лет. Академик Иосиф Наумович Фридляндер, ученик Сидорина, отметил: «В начале 50-х гг., во время Корейской войны, сбив российский самолет, американцы были вынуждены признать превосходство русской стали». И сегодня ответственные конструкции делают из этой уникальной стали.   
Ивана Сидорина не обошли репрессии, его арестовали в январе 1938 года. После Лубянки и Бутырки ему дали работу «на казарменном положении» в Тушине. Потом он оказался в Казани, куда в эвакуацию перевели авиамоторный завод. В 1942 году, когда встал вопрос о строительстве бомбардировщика дальнего радиуса действия, его по особому распоряжению Сталина вызвали в Москву, сняли судимость и назначили главным металлургом авиамоторного завода № 45 («Салют»). В 1945 году он был награжден орденом Трудового Красного Знамени, но до полной реабилитации оставалось еще десять лет.

В первый послевоенный год, преодолев тяжелейшую болезнь – спазм кровеносных сосудов мозга, Иван Иванович Сидорин вернулся в родное МВТУ. Итогом многолетней работы кафедры стал учебник для вузов «Основы материаловедения», отмеченный Государственной премией. Педагогическую деятельность Иван Иванович сочетал с работой по созданию новых алюминиевых и титановых сплавов, алюминиевых композиционных материалов, трудился в совершенно новом направлении – радиационном методе контроля качества материалов.

В истории науки Иван Иванович Сидорин навсегда останется первооткрывателем, подвижником, который всю свою жизнь трудился над совершенствованием материала – первоосновы научно-технической деятельности человечества.

Авиационный алюминий — thyssenkrupp Materials (Великобритания)

Алюминий играет жизненно важную роль в конструкции самолетов. Его высокая коррозионная стойкость и хорошее соотношение веса, прочности и стоимости делают его идеальным материалом для авиастроения. Но единственное свойство, которое делает алюминий идеальным металлом для авиастроения, — это его устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Некоторые авиационные алюминиевые сплавы включают:

2024-T3

Марка 2024-T3 является наиболее распространенным высокопрочным алюминиевым сплавом.Это часто считается качеством самолета. Он обладает отличной усталостной прочностью, хотя его коррозионная стойкость ниже, чем у 6061. Этот лист из алюминиевого сплава обычно используется для изготовления фюзеляжа, обшивки крыльев, конструкции самолета и капотов большинства самолетов. Он также идеально подходит для ремонта и реставрации, поскольку имеет блестящую поверхность.

6061-T6

Этот сплав наиболее известен своей высокой коррозионной стойкостью и отличным качеством отделки. Он легко сваривается и имеет почти такую ​​же прочность, как и мягкая сталь.Марка 6061-T6 часто используется для изготовления посадочных матов для самолетов, кузовов и рам грузовиков, а также конструктивных элементов. Он может быть изготовлен с использованием наиболее распространенных методов, что является отличным свойством.

5052 – h42

5052-h42 представляет собой нетермообрабатываемый алюминиевый сплав и имеет один из самых высоких показателей прочности в своем классе. Он не структурный, но обладает высокой усталостной прочностью по сравнению с другими сплавами. Он также обладает отличной коррозионной стойкостью, особенно в морских условиях.Превосходная обрабатываемость делает этот алюминиевый лист идеальным для изготовления топливных баков.

3003-h24

Этот алюминиевый лист имеет отличную обрабатываемость и является одним из наиболее широко используемых алюминиевых сплавов. Он изготовлен из смеси чистого алюминия и марганца. Этот лист также не подвергается термической обработке, но его можно подвергать глубокой вытяжке, сварке, формованию или пайке. Он идеально подходит для изготовления обтекателей самолетов и облицовки дефлекторов.

7075-T6

Основная роль этого алюминиевого сплава заключается в укреплении алюминиевых конструкций самолетов.Сплав изготовлен из тщательно подобранной смеси меди, магния и цинка, что придает ему дополнительную прочность. Однако из-за меди его трудно, но возможно сварить. После анодирования он имеет красивую отделку и лучшую обрабатываемость.

Помимо применения в самолетах, алюминий также используется в космических кораблях. Его уникальные свойства имеют еще большую ценность в этом приложении. Большинство космических кораблей состоят из 90% алюминиевых компонентов. Этот материал также используется при создании космических станций, таких как Skylab, и ожидается, что он будет еще чаще использоваться в пилотируемых космических исследованиях.

История использования алюминия в аэрокосмической промышленности

Знаете ли вы, что алюминий составляет 75-80% современного самолета?!

История использования алюминия в аэрокосмической промышленности уходит своими корнями в далекое прошлое. На самом деле алюминий использовался в авиации еще до того, как были изобретены самолеты. В конце 19 века граф Фердинанд Цеппелин использовал алюминий для изготовления каркасов своих знаменитых дирижаблей Цеппелин.

Алюминий

идеально подходит для производства самолетов, потому что он легкий и прочный.Алюминий примерно в три раза легче стали, что позволяет самолету нести больший вес и/или становиться более экономичным. Кроме того, высокая устойчивость алюминия к коррозии обеспечивает безопасность самолета и его пассажиров.

Общие марки алюминия для аэрокосмической отрасли

2024 – Обычно используется для обшивки, капотов и конструкций самолетов. Также используется для ремонта и реставрации.

3003 – этот алюминиевый лист широко используется для обшивки капотов и дефлекторов.

5052  – обычно используется для изготовления топливных баков. 5052 обладает отличной коррозионной стойкостью (особенно в морских условиях).

6061 – обычно используется для матов для посадки самолетов и многих других неавиационных конструкционных изделий.

7075  – обычно используется для усиления конструкций самолетов. 7075 представляет собой высокопрочный сплав и является одним из наиболее распространенных марок, используемых в авиационной промышленности (после 2024 г.).

История использования алюминия в аэрокосмической промышленности

Братья Райт

17 декабря 1903 года братья Райт совершили первый в мире полет человека на своем самолете «Райт Флаер».

Флаер Райта братьев Райт

В то время автомобильные двигатели были очень тяжелыми и не выдавали достаточной мощности для взлета, поэтому братья Райт построили специальный двигатель, в котором блок цилиндров и другие детали были сделаны из алюминия.

Поскольку алюминий не был широко доступен и был непомерно дорог, сам самолет был сделан из каркаса из ситхинской ели и бамбука, обтянутого брезентом. Из-за низких скоростей полета и ограниченной подъемной силы самолета было важно сохранить чрезвычайно легкий вес рамы, а дерево было единственным подходящим материалом, достаточно легким для полета, но достаточно прочным, чтобы выдерживать требуемую нагрузку.

Потребовалось более десяти лет, чтобы использование алюминия стало более распространенным.

Первая мировая война

Деревянные самолеты оставили свой след на заре авиации, но во время Первой мировой войны легкий алюминий начал заменять дерево в качестве основного компонента для аэрокосмической промышленности.

В 1915 году немецкий авиаконструктор Хуго Юнкерс построил первый в мире цельнометаллический самолет; моноплан Юнкерс J 1. Его фюзеляж был изготовлен из алюминиевого сплава, в состав которого входили медь, магний и марганец.

Юнкерс J 1

Золотой век авиации

Период между Первой и Второй мировыми войнами стал известен как Золотой век авиации

В 1920-е годы американцы и европейцы соревновались в гонках на самолетах, что привело к инновациям в дизайне и характеристиках. На смену бипланам пришли более обтекаемые монопланы и произошел переход на цельнометаллические рамы из алюминиевых сплавов.

«Жестяной гусь»

В 1925 году Ford Motor Co. занялась авиастроением.Генри Форд разработал трехмоторный цельнометаллический самолет 4-AT с использованием гофрированного алюминия. Названный «Жестяной гусь», он мгновенно стал хитом среди пассажиров и операторов авиакомпаний.

К середине 1930-х годов появилась новая обтекаемая форма самолета с несколькими двигателями с герметичным капотом, убирающимся шасси, винтами изменяемого шага и алюминиевой конструкцией с напряженной обшивкой.

Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны алюминий был необходим для многочисленных военных применений, особенно для изготовления корпусов самолетов, что привело к резкому росту производства алюминия.

Спрос на алюминий был настолько велик, что в 1942 году WOR-NYC транслировал радиопередачу «Алюминий для обороны», чтобы побудить американцев жертвовать алюминиевый лом на нужды войны. Поощрялась переработка алюминия, а компания Tinfoil Drives предлагала бесплатные билеты в кино в обмен на шарики из алюминиевой фольги.

В период с июля 1940 года по август 1945 года в США было произведено ошеломляющее количество самолетов — 296 000 штук. Более половины изготавливались преимущественно из алюминия. Аэрокосмическая промышленность США смогла удовлетворить потребности американских военных, а также американских союзников, включая Великобританию.На пике своего развития в 1944 году американские авиазаводы производили 11 самолетов в час.

К концу войны Америка располагала самой мощной авиацией в мире.

Современная эпоха

После окончания войны алюминий стал неотъемлемой частью авиастроения. Хотя состав алюминиевых сплавов улучшился, преимущества алюминия остались прежними. Алюминий позволяет конструкторам создавать максимально легкие самолеты, способные перевозить тяжелые грузы, потребляющие минимальное количество топлива и не подверженные ржавчине.

Конкорд

В современном авиастроении повсеместно используется алюминий. Concorde, который в течение 27 лет перевозил пассажиров со скоростью, вдвое превышающей скорость звука, был построен с алюминиевой обшивкой.

Боинг 737, самый продаваемый реактивный коммерческий авиалайнер, сделавший возможным массовое воздушное путешествие, на 80% состоит из алюминия.

Современные самолеты используют алюминий в фюзеляже, панелях крыльев, рулях направления, выхлопных трубах, дверях и полах, сиденьях, турбинах двигателей и приборах кабины.

Исследование космоса

Алюминий

бесценен не только в самолетах, но и в космических кораблях, где малый вес в сочетании с максимальной прочностью еще важнее. В 1957 году Советский Союз запустил первый спутник «Спутник-1», изготовленный из алюминиевого сплава.

Космическая станция Скайлэб

Все современные космические корабли на 50-90% состоят из алюминиевого сплава. Алюминиевые сплавы широко использовались на космическом корабле «Аполлон», космической станции «Скайлэб», космических кораблях «Шаттл» и на Международной космической станции.

Космический корабль «Орион», который в настоящее время находится в стадии разработки, предназначен для исследования людьми астероидов и Марса. Производитель Lockheed Martin выбрал алюминиево-литиевый сплав для основных конструктивных элементов Orion.


Купить Алюминий

Металлические супермаркеты

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелких партий металла с более чем 100 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании. Мы являемся экспертами в области металлов и предоставляем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В супермаркетах металлов мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных применений. Наш склад включает в себя: мягкую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, инструментальную сталь, легированную сталь, латунь, бронзу и медь.

У нас есть широкий ассортимент форм, включая стержни, трубы, листы, пластины и многое другое. И мы можем порезать металл по вашим точным спецификациям.

Посетите сегодня один из наших более чем 100 офисов в Северной Америке.

Использование алюминия в самолетах — Clinton Aluminium

Алюминий

— это удивительный металл, который за последние сто лет изменил множество различных отраслей промышленности.Пожалуй, нигде это так не верно, как в авиационной промышленности. Благодаря преимуществам алюминия по сравнению с другими металлами, в том числе его легкому весу и невероятной прочности, самолеты полагаются на этот материал, чтобы быть безопасным, доступным и осуществимым видом транспорта.

Хотя история самолетов восходит к 1903 году, когда был совершен первый полет братьев Райт, мечта об авиации восходит к гораздо более давним временам. Леонардо да Винчи создавал причудливые конструкции летательных аппаратов еще в 15 -м веке.Только в 20 -м веке, с его сочетанием инженерных и технологических достижений, эта мечта была полностью реализована.

Когда механика полета стала возможной, необходимо было создать машины, которые были бы одновременно безопасными и надежными. Для этого наиболее важным соображением было наличие материалов, достаточно прочных, чтобы быть безопасными, и в то же время достаточно легких, чтобы уменьшить количество энергии, необходимой для полета. Вот почему алюминий стал необходимостью; он даже использовался в первых самолетах братьев Райт.Хотя их биплан в основном был построен из дерева и ткани, картер двигателя был сделан из алюминия.

Почему алюминий используется в авиационной промышленности?

Уже упоминались две наиболее важные причины, по которым алюминий так незаменим в аэрокосмической промышленности. Как один из металлов с самым высоким соотношением прочности к весу, его ценность для аэрокосмической промышленности очевидна. Планеры должны быть достаточно прочными и долговечными, чтобы выдерживать нагрузки при взлете и посадке с течением времени.В то же время, если металл будет слишком тяжелым, это потребует большего расхода топлива во время полетов. Это означает, что алюминий часто является наиболее экономичным выбором для самолетов.

Прочность и вес — не единственные преимущества алюминия; Еще одним важным преимуществом алюминиевых сплавов является их коррозионная стойкость. Это главный фактор долговечности самолета. Самолеты постоянно подвергаются воздействию стихии и регулярно испытывают экстремальные климатические условия; низкие температуры на больших высотах и ​​воздействие всех видов осадков, включая снег и ливни.Алюминий известен своей способностью противостоять коррозии окружающей среды.

Кроме того, алюминий также чрезвычайно пластичен. Это благословение для авиационной промышленности, которая требует высокой степени точности для обеспечения максимальной аэродинамики, не говоря уже обо всех мелких деталях, которые можно найти в самолетах. Простота изготовления и обработки алюминия делает его еще одной областью, в которой он обеспечивает экономию затрат по сравнению с альтернативными материалами.

Алюминий

также эстетичен; хотя это не самое важное соображение, оно не помешает, поскольку никто не хочет летать на транспортном средстве, которое визуально не привлекательно (возможно, за исключением «Тысячелетнего сокола»).

Подсчитано, что сегодня 80% всего металла, содержащегося в самолетах, составляет алюминий; легко понять, почему.

Каковы различные способы использования алюминия?

Во-первых, и это наиболее очевидно, обшивка самолета обычно изготавливается из алюминия. Это легко увидеть любому, кто смотрит на самолет, если вы знаете, что искать. Но большинство других металлических деталей самолета также сделаны из алюминия.

Например, двигатели поршневых самолетов изготовлены из алюминия.Когда братья Райт строили свой первый самолет, они изначально использовали сталь в двигателе, но он оказался слишком тяжелым, и они выбрали алюминий. Сегодня многие крепежные детали, скрепляющие самолеты, изготавливаются из алюминия.

Большинство металлических приспособлений внутри самолета, таких как сиденья, двери, шкафы и т. д., изготовлены из алюминия. Высококачественные пластмассы теперь используются для изготовления многих багажных отсеков, но по-прежнему необычно видеть другие металлы внутри самолета. Фактически, обычно единственными частями планера, изготовленными из металла, отличного от алюминия, являются те части, для которых критически важен самый высокий уровень прочности, например, шасси.В этих случаях используются высоколегированные специальные металлы.

Какие сплавы чаще всего используются в самолетах?

Поскольку авиационная (и аэрокосмическая) промышленность настолько специализирована, неудивительно, что самолеты полагаются на специальные сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками. Сплав 7075, наиболее тесно связанный с применением в самолетах, восходит к его созданию в 1930-х годах в Японии, где он стал стандартом для изготовления корпусов самолетов японского флота. Он был представлен в Соединенных Штатах компанией Alcoa в 1943 году и стандартизирован для производства самолетов к 1945 году.

7075 известен своими превосходными механическими свойствами, а также пластичностью, высокой прочностью, ударной вязкостью и устойчивостью к усталости. 7075 настолько прочен, что может быть сравним с низколегированными сортами нержавеющей стали, а его надежность сделала его фаворитом в авиационной промышленности со времен Второй мировой войны.

Недавно были разработаны более новые сплавы с более высокими характеристиками, которые обогнали 7075 как наиболее популярный выбор в некоторых аэрокосмических приложениях. Одним из примеров является 2024, химический состав которого делает его идеальным для случаев, когда важна высокая устойчивость к циклической усталости.

Другие популярные сплавы для авиационной промышленности включают 6061, 6063, 2014, 5052, 7050, 7085 и 7068.

Ваш поставщик технических услуг

Когда дело доходит до выбора правильного материала для важной работы, лучше всего проконсультироваться со специалистами. В Clinton Aluminium наша команда опытных профессионалов понимает важность того, чтобы сделать все правильно с первого раза, и мы будем работать с вами на каждом этапе процесса закупок. Будучи ведущим поставщиком алюминия на Среднем Западе, нашим главным приоритетом является успех наших клиентов.Свяжитесь с нами сегодня, чтобы поговорить с одним из наших дружелюбных и знающих торговых представителей.

 

Алюминиевые сплавы удерживают самолеты в небе

В современную эпоху алюминиевые сплавы являются неотъемлемым элементом, который держит аэрокосмическую промышленность на переднем крае. Металлурги постоянно ищут и разрабатывают новые алюминиевые сплавы для повышения скорости, прочности и безопасности самолетов. Прочные сплавы используются для защиты самолетов от полетных нагрузок; легкие сплавы применяют для тепло- и хладостойкости и изоляции.

Алюминий

по своей природе прочен, легок и очень удобен в работе. Эти мощные природные свойства усиливаются за счет сочетания его с такими элементами, как цинк, медь и кремний, для создания различных алюминиевых сплавов; некоторые прочные, некоторые более податливые для сложных алюминиевых форм. Детали современных самолетов изготавливаются в основном из этих сплавов, а не только рама — все, от двигателя до гаек и болтов, изготавливается из алюминия из-за его привлекательного соотношения цены и веса. Ниже вы найдете некоторые из наиболее распространенных алюминиевых сплавов, используемых в самолетах, и то, для чего они используются.

 

Сплав 2024

Один из самых распространенных алюминиевых сплавов, 2024 в основном легирован медью, что придает ему невероятную прочность и высокую усталостную прочность. Это делает его идеальным сплавом, когда требуется высокое соотношение прочности и веса, что делает его идеальным для крыльев и фюзеляжей, которые являются частями самолета, подвергающимися наибольшему напряжению.

Сплав 6061

Алюминиевый сплав 6061, содержащий магний и кремний, очень устойчив к коррозии и известен своей отличной свариваемостью.Первоклассный сплав для экструзии алюминия, 6061, также используется для создания фюзеляжей и крыльев, но очень редко встречается в авиалайнерах. В основном он используется в небольших личных самолетах.

Сплав 6063

Алюминиевый сплав

6063 очень похож на сплав 6061. Из-за этого он является самым популярным сплавом для экструзии алюминия.

Сплав 7075

Из-за своего легкого веса и невероятной прочности, сравнимой с большинством сталей, сплав 7075 используется для основных рам авиационных конструкций.Никакие другие алюминиевые сплавы не могут сравниться с 7075 по сопротивлению усталости, и его надежность постоянно совершенствуется для создания более быстрых, безопасных и дешевых самолетов, а отличное качество анодирования придает ему великолепную отделку. Из-за высокого содержания меди в этом сплаве его трудно сваривать.

 

Источники:

http://www.experimentalaircraft.info/articles/aircraft-aluminum.php

http://metalspecialist.continentalsteel.com/blog/aluminum-in-the-aerospace-industry

http://www.airspruce.com/catalog/mepages/aluminfo.php

 

Чтобы узнать больше о Taber и о том, что мы можем сделать для вашего бизнеса, свяжитесь с нами по электронной почте   [email protected]

Марки авиационного алюминия — Matmatch

Алюминий — один из наиболее широко используемых металлов в мире, уступающий только железу. Он также является самым распространенным в земной коре, составляя около 8% ее по массе. Как один из самых универсальных металлов, его можно комбинировать с другими металлами для улучшения их свойств, а также собственных свойств.В чистом виде алюминий практически не имеет практического применения и для применения его приходится смешивать с другими металлами. В настоящее время крупнейшим производителем первичной алюминиевой руды, бокситов, в мире является Австралия, а крупнейшим производителем алюминия является Китай, производящий колоссальные 32,6 млн метрических тонн [1], что почти в десять раз больше, чем следующий по величине производитель, Россия, и приходится более половины мирового производства.

Алюминий

обладает тремя превосходными свойствами, которые делают его таким полезным в авиационной промышленности; высокая прочность к весу, пластичность и устойчивость к коррозии.Он также немагнитен. Существует широкий спектр вариаций составов алюминиевых сплавов для конкретных функций в самолете.

В этой статье вы узнаете о:

  • История использования алюминия в самолетах
  • Свойства алюминиевого материала
  • Марки алюминия, используемые в самолетах
  • Будущее использование алюминия в будущих космических кораблях

История использования алюминия в самолетах

История использования алюминия в самолетах восходит к самому началу полета.17 декабря 1903 года братья Райт, как известно, стали первыми людьми, совершившими полет на самолете. Чтобы достичь этого подвига, им пришлось создать специальный двигатель из алюминия, а не из стали, как это было принято в то время. Причина заключалась в том, чтобы сделать двигатель достаточно легким, чтобы мог взлететь. Это было началом использования алюминия в авиации.

К началу Первой мировой войны алюминий также стал использоваться для изготовления корпусов самолетов, заменив такие материалы, как дерево и брезент. Первый цельнометаллический самолет Junkers J 1 был разработан немецким авиаконструктором Хьюго Юнкерсом в 1915 году с трубами из алюминиевого сплава во внутренней конструкции [2].Время между Первой мировой войной и Второй мировой войной стало известно как золотая эра в авиации, во время которой использование алюминиевых сплавов стало более изощренным, поскольку конструкции развивались более быстрыми темпами [3]. Это новое применение алюминия вызвало резкий рост спроса и, следовательно, увеличение производства алюминия.

В наше время использование алюминия в авиации стало более изощренным, но главное преимущество осталось прежним, а именно; легкий, прочный и устойчивый к коррозии.Действительно, очень популярный Боинг 737 состоит на 80% из алюминия. Практически ни одна часть самолета, которую можно заменить алюминием, в современную эпоху не щадит такие детали, как фюзеляж, крылья, двери, пол и сиденья, которые теперь все сделаны из алюминия.

Таблица 1. Применение алюминиевых сплавов в компонентах самолетов (адаптировано из [4])

Компонент

Материал

Элементы из сплава

Свойства

Передние ножки сиденья

Ал 2017, Ал 2024

 

Медь, Магний

Хорошая обработка, высокая прочность, высокая усталостная прочность, коррозионная стойкость

Передняя кромка крыла

Ал 2024

Выталкиватели сидений

Ал 2024

Спинки и подлокотники

Ал 6ххх

Магний, Кремний

Высокая прочность, хорошая формуемость и свариваемость, коррозионная стойкость

Обшивка фюзеляжа, стрингеры и переборки

алюминий 6013, алюминий 6050, алюминий 7050, алюминий 7079

Обшивка крыльев, панели и крышки

Ал 7075

 

Цинк, магний, медь

 

 

Высочайшая прочность, высокая ударная вязкость, хорошая формуемость

Задние ножки сиденья и распорки сиденья

Ал 7075

Лонжероны крыла, нервюры

7055-Т77

Колеса и погрузочные тяги

7055-Т77

Горизонтальные и вертикальные стабилизаторы

Ал 7ххх

Верхняя и нижняя обшивка крыла

8090-Т86, 2055-Т8, 2199-Т8Е80

 

Литий, медь, магний

 

Низкая плотность, отличная усталостная прочность и ударная вязкость, сопротивление росту трещин

Секции пола самолета

2090-Т83, 2090-Т62

Шептало

2090-Т83

Несущие элементы конструкции фюзеляжа

8090-Т651, 2090-Т651

Свойства алюминиевого материала

Известно, что алюминий трудно извлекать из руд из-за его высокой реакционной способности.Однако для его переработки требуется всего 5% энергии, необходимой для извлечения алюминия из руды. Около трех четвертей всего когда-либо произведенного алюминия все еще используется сегодня, что свидетельствует о высокой степени его пригодности для вторичной переработки. Алюминий на открытом воздухе реагирует с кислородом с образованием оксида, но, в отличие от железа, оксид алюминия прилипает к его поверхности, тем самым защищая ее от дальнейшей коррозии. Сплавы алюминия исчисляются сотнями, так как он очень универсален. В авиационной промышленности существуют очень специфические требования, которым соответствуют алюминиевые сплавы (или марки), при этом все они сохраняют самое главное качество — легкий вес.Алюминий весит в три раза меньше, чем нержавеющая сталь, но имеет вдвое большее отношение прочности к весу, чем нержавеющая сталь. Алюминий теряет часть своей прочности при высоких температурах, но при отрицательных температурах его прочность увеличивается, что является полезным свойством в аэрокосмической отрасли, поскольку самолеты летают в очень низкотемпературной атмосфере.

Таблица 2. Сравнение алюминия, бериллия и магния (адаптировано из [5])

 

Алюминий

Бериллий

Магний

Температура кипения

2494 или С

2770 или С

1107 или С

Плотность

Низкий

Низкий

Низкий

Прочность

Высокий

Высокий

Высокий

Токсичность

Нетоксичный

Высокотоксичный

Низкая токсичность

Воспламеняемость

нет

Легковоспламеняющиеся

Легковоспламеняющиеся

Целостность при повышенных температурах

Сохраняет свою структуру при высоких температурах

Относительная стабильность при высоких температурах

Соответствует унарной фазовой диаграмме

Коррозионная стойкость

Высокий

Средний

Высококоррозионный

Реакция с водой и кислотами

нет

Высокий

Высокий

Марки алюминия для самолетов Алюминиевые сплавы

обозначаются с помощью 4-значной системы нумерации, где первая цифра представляет группу сплава, а остальные цифры представляют другие металлы, присутствующие в сплаве.Обозначения закалки обозначаются префиксом, указывающим, какой вид обработки он претерпел и в какой степени. Буквы F, O, H, W или T обозначают изготовление, отжиг, деформационное упрочнение, термообработку на твердый раствор и термообработку соответственно [6].

Пропорции и составляющие алюминиевого сплава определяют особые свойства, которые он проявляет. Сегодня в различных областях применения используются буквально сотни алюминиевых сплавов. Для самолетов ниже приведены наиболее часто используемые и почему они были выбраны для соответствующих приложений [7].

2024-Т3

2024-T3 состоит из 4,5% меди, 0,6% марганца и 1,5% магния. Это высокопрочный алюминиевый сплав высшего уровня, который в сочетании с его сопротивлением усталости является одним из наиболее распространенных авиационных сплавов. Он плохо справляется со сваркой, но является хорошим вариантом для ремонтных работ, так как имеет отличную отделку. Он не поддается термической обработке.

6061-Т6

6061-T6 состоит из 0,25% меди, 0,6% кремния, 1,0% магния и 0,25% хрома. Этот сплав также имеет хорошую отделку.Кроме того, он обладает хорошей коррозионной стойкостью и отлично подходит для сварки. Его прочность и обрабатываемость сравнимы с мягкой сталью. Он поддается термической обработке.

3003-х24

3003-х24 содержит 1,2% марганца и является наиболее широко используемым алюминиевым сплавом. С ним очень легко работать, так как его можно экструдировать, паять, подвергать механической обработке и сваривать. Он не поддается термической обработке, но может развить повышенную прочность при холодной обработке.

7075-Т6

7075-T6 состоит из 1.6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка. Он обычно используется производителями самолетов для усиления конструкции самолета. Он имеет плохую свариваемость из-за содержания меди, но обладает отличной обрабатываемостью. Он поддается термической обработке.

5052-х42

5052-х42 состоит из 2,5% магния и 0,25% хрома. Этот сплав обладает самой высокой прочностью среди ненагреваемых сплавов и может развивать повышенную прочность при холодной обработке давлением. Он также обладает отличной усталостной прочностью, коррозионной стойкостью и обрабатываемостью, что делает его пригодным для использования в авиации и на море.

Будущее использование алюминия в космических кораблях

Алюминий

также используется в космических кораблях, где уникальные свойства алюминия имеют еще большее значение. Действительно, все космические корабли в основном состоят из алюминия, до 90%. Алюминиевые компоненты используются не только для космических кораблей, но и для космических станций, таких как Skylab и Международная космическая станция. Ожидается, что разрабатываемый космический корабль «Орион» из алюминиево-литиевого сплава откроет новые горизонты в области пилотируемых космических исследований.

В атмосфере, оксид алюминия обеспечивает защиту

МАРК ШВАРЦ

Вы когда-нибудь задумывались, почему самолеты никогда не ржавеют, несмотря на их постоянное воздействие дождя, мокрого снега а снег?

Быстрый ответ: большинство самолеты сделаны из алюминия — химического элемента, который кажется устойчивы к коррозии даже при контакте с воздухом и водой.

Но дело в том, что чистый алюминий так легко реагирует с водой, что по законам химии, алюминиевый корпус самолета на самом деле должен раствориться в дожде.

К счастью для авиакомпании промышленности, когда металлический алюминий помещается в атмосферу, тонкий слой, известный как оксид алюминия, образуется на поверхности металла и действует как защитный, устойчивый к ржавчине щит.

Ученым давно известно, что Оксид алюминия не подвергается быстрой коррозии в воде, но имеет не смог полностью объяснить, почему.

Впервые исследователи показали, что жидкость H 2 O имеет удивительно мощный эффект при контакте с поверхность оксида металла, находка, имеющая промышленное и экологические последствия.

«Вода на самом деле меняет структура твердой поверхности», — говорит Гордон Браун-младший, Доррелл Уильям Кирби, профессор наук о Земле.

Запись в номере журнала от 12 мая. журнал Science , Браун, аспирант Томас П. Трейнор и сотрудники из Чикагского университета и Лоуренса Национальная лаборатория Беркли представляет первую модель атомного уровня того, что происходит при встрече воды и оксида алюминия.

Сдвигающиеся атомы

Оксид алюминия состоит из атомов алюминий и кислород связаны друг с другом.

Но Браун и Трейнор обнаружили что, когда молекулы воды вступают в контакт с оксидом алюминия, атомы алюминия и кислорода на поверхности расходятся — в некоторых случаев, разделенных более чем на 50 процентов по сравнению с их нормальным молекулярные позиции.

В результате, когда внешний слой оксид алюминия гидратируется или намокает, это

структура меняется ровно настолько, чтобы становятся химически инертными и, следовательно, не могут быстро реагировать с дополнительные молекулы воды или кислорода воздуха.Это изменение в молекулярная структура, почему металлический оксид алюминия сопротивляется коррозия.

Браун отмечает, что эти выводы широкое применение для многомиллиардного катализа и полупроводниковой промышленности, которые обеспокоены последствиями атмосферная вода на оксиды металлов, используемые в химических катализаторах и кремниевые чипсы.

Однако, добавляет он, настоящее вождение силой для этого исследования является важная роль, которую гидратированный металл оксидные поверхности в почвах и отложениях играют роль в удалении токсичных металлов как свинец, ртуть, хром, мышьяк и селен из загрязненные подземные воды.

«Понимание молекулярного структура поверхностей частиц, с которыми реагируют эти металлы, важно для определения того, насколько эффективно они удаляются из окружающей среды и, следовательно, насколько они доступны для организмов, включая людей.

«Теперь впервые у нас есть картину молекулярной структуры одной из этих поверхностей и лучшее представление о том, что управляет его реакцией на окружающую среду загрязнителей», — заключает Браун.

Для проведения анализа поверхность гидратированного оксида алюминия, исследователи использовали наиболее мощный синхротронный источник рентгеновского излучения в США.S. — Продвинутый Фотон Источник находится в Аргоннской национальной лаборатории в г. Иллинойс.

«Нашим исследованиям требовались самые умные Доступен источник синхротронного рентгеновского излучения, — говорит Браун. удивительно, что мы вообще смогли это сделать.»

Другие соавторы 12 мая Наука статьи: Питер Дж. Энг, Мэтью Ньювилл, Стивен Р. Саттон и Марк Л. Риверс из Чикагского университета. Консорциум передовых источников излучения; и Гленн А. Вэйчунас Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.СР

Дизайн самолета

— Почему в конструкции авиалайнеров преобладает алюминий, а не сталь?

Все сводится к соотношению цена/качество.

Давайте рассмотрим два самолета, построенных из нержавеющей стали и очень хорошо себя зарекомендовавших: XB-70 и X15. Нержавеющая сталь использовалась для сопротивления нагреву при полете со скоростью 3 Маха и выше, что могло ослабить алюминий до точки отказа. В то время, когда XB70 был первоначально разработан, титана не было в достаточном количестве, чтобы можно было рассчитывать на большой (100+ планеров) производственный цикл.

X15 действительно достиг скорости 6,7 Маха, при которой температура кожи была бы довольно высокой. Тем не менее, это был чисто исследовательский самолет с ракетным двигателем, поэтому он не создает должного контраста, и эта скорость поддерживалась лишь короткое время.

К началу 1960-х годов титан был доступен в достаточном количестве (хотя и с использованием подставных корпораций для покупки его у Советов), чтобы построить меньший и менее производимый A12/SR71. Как и XB-70, он был разработан, чтобы выдерживать скорость Маха 3+ более часа и последующие высокие температуры кожи, исключающие использование алюминия.

Ключевым моментом, который нужно понять здесь, является устойчивый полет со скоростью 3 Маха: более часа. Алюминиевые перехватчики, такие как MIG25, способны совершать короткий рывок со скоростью 3 Маха, пять или десять минут, когда температура кожи не будет так сильно повышаться. После десяти минут на скорости 3 Маха у МиГ-25 очень мало топлива, и его двигатели вышли из строя.

Чтобы сохранить низкий вес, в XB70 использовалась сложная сотовая конструкция, дорогая в производстве, и полученный в результате самолет все же был тяжелее, чем алюминиевый самолет аналогичного размера.XB70 компенсировал это, используя компрессионную подъемную силу — буквально управляя собственной сверхзвуковой ударной волной — для очень эффективного полета со скоростью 3 Маха. В двигателях A12/SR71 использовалась ударная волна для достижения аналогичного уровня эффективности.

Обратите внимание, что B-58 также использовал сотовую конструкцию для уменьшения веса, но был сделан из алюминия, так как его проектная скорость составляла 2 Маха. Concorde был сделан из алюминия, но его крейсерская скорость составляла 2,2 Маха. За пределами этой скорости тепло, выделяемое поверхностным трением, резко возрастает до уровня, при котором алюминий будет критически (и фатально) ослаблен.

Предположительно, коммерческому самолету, изготовленному из нержавеющей стали, также потребуется сложная сотовая конструкция для достижения достаточно эффективного веса. Он все равно не будет таким эффективным, как алюминиевый самолет. Поскольку основная причина отказа от использования алюминия заключалась в том, чтобы противостоять устойчивому нагреву со скоростью 3 Маха, скорость, которую могут поддерживать только SR71 и XB70 в течение любого периода времени, а также высокая стоимость сотовой стали (или титана) и больший вес на самом деле не являются важными. оправдано для дозвукового авиалайнера.

XB-70 был снят с производства, так как считалось, что он уязвим для ракеты SAM2, разработанной в Советском Союзе. По иронии судьбы, SR71 доказал, что это не так: в него стреляли более 1000 раз (включая многие SAM2) и ни разу не попали.

Да, вы можете построить самолет из нержавеющей стали. Но сотовая конструкция дорогая и в результате менее эффективна, чем алюминиевый самолет. Единственная причина, по которой сталь использовалась в этих двух самолетах, заключалась в том, чтобы выдерживать очень высокие температуры обшивки.Вы могли бы построить один из титана, и это было бы еще дороже.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.