Содержание введение
Получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяются уровнем своего развития научно-технический и экономический потенциал страны.
Требования к материалам для авиастроения:
1. малый вес;
2. высокая удельная прочность;
3. жаропрочность;
4. сопротивление усталостным нагрузкам;
5. трещиностойкость;
6. коррозионная стойкость.
В дозвуковых самолетах широко применялся алюминий. Авиатехника сверхзвуковых скоростей столкнулась с повышенными температурами обшивки летательного аппарата, где алюминий не может быть использован из-за низкой жаропрочности. Потребовались конструкционные материалы, надежно работающие в сложной комбинации силовых и температурных полей при воздействии агрессивных сред, излучений и высоких давлений. Этим требованиям отвечает титан и его сплавы.
Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля композиционных материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает ресурс комплектующих изделий. Материалы с малой плотностью (легкие материалы) широко используются в авиации, ракетной и космической технике, а также в автомобилестроении, судостроении и других отраслях промышленности. Применение легких материалов дает возможность снизить массу, увеличить грузоподъемность летательных аппаратов без снижения скорости и дальности полета, повысить скорость движения автомобилей, судов, железнодорожного транспорта.
Основными конструкционными легкими материалами являются пластмассы, цветные металлы магний, бериллий, алюминий, титан и сплавы на их основе, а также композиционные материалы. Особенно перспективны материалы, которые дают возможность снизить массу конструкций при одновременном повышении их прочности и жесткости. Таким образом, для материалов, используемых в авиационной и ракетной технике, важна эффективность материала по массе. Она оценивается удельными характеристиками: удельной прочностью в/(g) (где – плотность материала; g – ускорение свободного падения) и удельной жесткостью Е/(g).
Материалы с высокой удельной прочностью (сплавы титана, бериллия, композиционные материалы) предназначены в основном для изготовления высоконагруженных деталей летательных аппаратов.
Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. Совершенствование технологии повлияло на качественные характеристики материалов, в частности на прочность материалов. Наиболее ярко рост прочности отмечается на материалах авиационной техники. На рисунке 1.1 приведена кривая динамики роста удельных прочностей материалов (К), применяемых в самолетостроении, в сопоставлении с кривой роста скоростей (v) летательных аппаратов.
Рисунок 1.1 - Рост скоростей (1) самолетов и одновременное увеличение прочности (2) применяемых материалов.
Прогресс в повышении свойств существенно изменяет спецификации металлических материалов в различных конструкциях. На рисунке 1.2 показано объемное распределение различных групп сплавов, применяемых в самолетостроении, очевиден постепенный рост применения сплавов с более высокими удельными характеристиками.
Рисунок 1.2 - Применение и прогноз материалов, используемых в гражданских самолетах.
Развитие научных разработок и мер по совершенствованию технологии получения сплавов дало возможность решить проблемы повышения чистоты металла методами вакуумно-дуговой, электронно-лучевой, вакуумной индукционной плавки и др.