Глава 12. МАТЕРИАЛЫ С МАЛОЙ ПЛОТНОСТЬЮ

Материалы с малой плотностью (легкие материалы) широко применяют в авиации, ракетной и космической технике, а также в автомобилестроении, судостроении, строительстве 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.

К основным конструкционным легким металлам относятся пластмассы, цветные металлы 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. Основными критериями при выборе конструкционных материалов в этом случае являются удельные прочность и жесткость По этим характеристикам легкие материалы неравноценны (табл. 12.1).

ТАБЛИЦА 12.1. Прочность, удельная прочность и удельная жесткость легких материалов и высокопрочной стали

Среди сплавов на основе и пластмасс лишь отдельные группы имеют такие свойства, которые указаны в табл. 12.1, а большинство не обладает высокими прочностью, удельной прочностью и удельной жесткостью. Эти материалы предназначены главным образом для изготовления мало- и средненагруженных деталей.

Материалы с высокой удельной прочностью (сплавы композиционные материалы) предназначены в основном для изготовления высоконагруженных деталей. Они рассмотрены в гл. 13.

12.1. Сплавы на основе алюминия

Свойства алюминия.

Алюминий-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизируется в решетке гранецентрированного куба с периодом нм.

Алюминий обладает малой плотностью, хорошими теплопроводностью и электропроводимостью (см. гл. 1.5), высокой пластичностью и коррозионной стойкостью (см. гл. 14.1). Примеси ухудшают все эти свойства.

Постоянные примеси алюминия . В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты ( примесей), высокой чистоты примесей) и технической чистоты и др. примесей). Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния. Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твердость алюминия (табл. 12.2).

Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала

ТАБЛИЦА 12.2. (см. скан) Механические свойства алюминия

требуется легкость, свариваемость, пластичность. Так, из него изготовляют рамы, двери, трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду и др. Благодаря высокой теплопроводности он используется для различных теплообменников, в промышленных и бытовых холодильниках. Высокая электропроводимость алюминия способствует его широкому применению для конденсаторов, проводов, кабелей, шин и др. (см. п. 17.1).

Из других свойств алюминия следует отметить его высокую отражательную способность, в связи с чем он используется для прожекторов, рефлекторов, экранов телевизоров. Алюминий имеет малое эффективное поперечное сечение захвата нейтронов (см. п. 14.5). Он хорошо обрабатывается давлением, сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет большую усадку затвердевания (6 %). Высокая теплота плавления и теплоемкость способствуют медленному остыванию алюминия из жидкого состояния, что дает возможность улучшать отливки из алюминия и его сплавов путем модифицирования, рафинирования и других технологических операций.