Як упрочняют алюміній?
Аерокосмічні досягнення багато в чому визначаються розробкою нових матеріалів, що володіють рекордними відносинами міцності і жорсткості до маси. І це зрозуміло: зниження маси конструкцій відгукується багаторазової економією палива або збільшенням корисного вантажу.
Найбільш відомим легким металом є, поза сумнівом, алюміній. Він займає друге місце після чорних металів за обсягом споживання.
Найбільше алюмінію використовують у будівництві, майже стільки ж - для виготовлення різної тари, трохи менше - на транспорті. Решта споживає електротехнічна промисловість, машинобудування та інші галузі. В останні роки зросло нетрадиційне споживання алюмінію - для виробництва банок для напоїв.
Найбільш важливе значення має алюміній в літако- та ракетобудуванні. Жоден сучасний літальний апарат не обходиться без нього.
Механічні властивості алюмінію залежать від його чистоти і технології виробництва. Збільшення вмісту домішок і пластична деформація підвищують його міцність і твердість. Чистий алюміній знаходить обмежене застосування: йде на виготовлення ненавантажених деталей і конструкцій. Набагато ширше використання численних сплавів алюмінію, що характеризуються високою міцністю. За цим показником деякі алюмінієві сплави близькі до високоміцних сталей.
Найбільш часто алюмінієві сплави легують міддю, магнієм, марганцем, кремнієм, цинком, рідше - літієм, нікелем, титаном. Один з найбільш відомих сплавів на основі алюмінію - дюралюміній (Al-Cu-Mg). Його часто використовують в літакобудуванні для виготовлення лопатей повітряних гвинтів, нервюр, шпангоутів і т.д.
Популярні високоміцні алюмінієві сплави на основі системи Al-Zn-Mg-Cu. З них роблять високонавантажені деталі, в основному працюють в умовах напруги стиснення (лонжерони, обшивка літаків та ін.).
Сплави алюмінію з кремнієм (силуміни) легкі, міцні і технологічні. Враховуючи широке розповсюдження в природі кремнію й алюмінію, можна на тлі виснаження родовищ інших металів передбачити цій групі металів велике майбутнє. З легованих силуминов виготовляють великі литі деталі, наприклад, картери, головки циліндрів і ін.
Упрочнить алюміній і його сплави можна, застосовуючи особливі технологічні прийоми, спрямовані на освіту в металі дисперсних включень.
Такий матеріал, наприклад, отримують пресуванням і спіканням окисленого з поверхні тонкодисперсного порошку алюмінію. Він так і називається - спечений алюмінієвий порошок (САП). Він може містити до 22% рівномірно розподіленого в металевій матриці оксиду алюмінію.
Відомо, що процес деформування металів супроводжується переміщенням лінійних дефектів кристалічної решітки - дислокацій. Дисперсні частинки оксиду алюмінію є перешкодою для переміщення дислокацій, а значить, упрочняют метал.
Причому, оскільки оксид алюмінію тугоплавок, при підвищенні температури він практично не розчиняється в матриці, тобто жевріє, на відміну від інших бар'єрів на шляху дислокацій. Це означає, що САП зберігає свою працездатність при більш високих температурах, ніж чистий алюміній. Так, алюміній помітно разупрочняется вже при 200 градусах, в той час як САП успішно працює при 400, а то і 500 градусах.
Спечені алюмінієві сплави (САС) отримують за тією ж технологією. Переваги їх у порівнянні зі звичайними алюмінієвими сплавами - відсутність ливарних дефектів, рівномірний розподіл зерен. Звідси - поліпшені механічні властивості.
Підводимо підсумки. Алюміній далеко не вичерпав можливостей щодо підвищення міцності. Нам належить ще багато дізнатися про нього ...
