HomeАлюминий › Алюминий и промышленность

Алюминий и промышленность

Алюминий и промышленностьВ 30-х годах нашего века в Европе и особенно в США стала бурно развиваться авиационная и автомобильная промышленность. Многие сотни тысяч автомашин и тысячи самолетов стали ежегодно сходить с конвейеров заводов. Конструкторы неустанно придумывали все новые типы автомобилей и самолетов, стремясь как можно больше облегчить их вес. Ведь чем легче самолет или автомобиль, тем меньше расходуется горючего. Понадобились легкие сплавы. Изобретатели и металлурги вспомнили о литии: он самый легкий металл, легче даже некоторых пород дерева.

Оказалось, что небольшая добавка лития к разным металлам — цинку, меди, железу — не только позволяет получить более легкий сплав, но и повышает его твердость.
Было время, — чтобы изготовить подшипники для боль-§ ших машин, пользовались главным образом сплавом свинца с оловом — баббитом. В 50-х годах олово в баббите заменили литием, алюминием и кальцием, которые добавляют в ничтожных количествах — не менее 1 %. Лития в этом сплаве всего 0,14 %, а твердость сплава настолько увеличивается, что трение подшипников становится гораздо меньше.

Металлурги, добавляя к алюминию медь и литий, получили сплавы, которые по прочности почти не уступают алюминиевым с добавками меди, цинка и магния. Однако в отличие от них литиевые сплавы характеризуются более высокой жаропрочностью, жесткостью и упругостью. Если же вместо меди в сплаве присутствует магний, то он отличается еще и более высокой упругостью.

Уже трудно перечислить все области техники, где теперь все чаще применяют различные алюминиеволитиевые сплавы. Так, например, они были широко использованы при постройке сверхзвукового советского лайнера ТУ-144, развивающего скорость 2500 километров в час. В полете обшивка самолета нагревается до 130 °С. Добавка лития позволяет сплаву сохранить свою высокую прочность при этой температуре в течение 20—30 тысяч часов.

Сплавы, полученные с добавкой лития, так же как и с добавкой марганца, \»стареют\» не при комнатной температуре, а при достаточно высоком нагреве. Издавна на Урале находили изумруды. Эти красивые зеленые камни снискали мировую славу. Русские изумруды можно встретить в музеях Лондона и Нью-Йорка, на прилавках ювелиров Парижа и Мадрида. Теперь уральские изумрудные копи славятся и другим: в них добывают ювелирный минерал берилл. Ведь изумруд, как это установлено наукой, разновидность берилла с ничтожной примесью хрома.

В 1797 году французский химик Л. Воклен открыл в составе берилла новый элемент, который назвал глицинием за сладкий вкус его солей. Это название продержалось недолго, и новый металл получил имя \»бериллий\» {от названия минерала — берилла). Хотя прошло почти полтора века с тех пор как бериллий был получен из его солей, однако лишь относительно недавно он вышел на промышленную арену. Особенно им заинтересовались металлурги.

 

Они стали добавлять его к разным металлам — меди, никелю, кобальту. Дошла очередь и до алюминия. Оказалось, что добавка бериллия позволяет получать исключительно прочные сплавы, особенно пригодные в тех случаях, где от конструкций требуется повышенная жесткость. Особенность алюминиевобериллиевых сплавов — весьма высокое содержание бериллия (15—60 %).

В 1871 году Д.И. Менделеев сделал замечательное открытие. Он высказал смелую мысль, что в пустующих 21, 31 и 32-й клетках созданной им таблицы периодической системы элементов должны быть \»жильцы\», которые еще не найдены химиками, но существуют в кладовых природы. Он назвал их соответственно эка-бором, эка-алюминием и эка-силицием (приставка \»эка\» означает \»подобный, похожий\»).

Спустя четыре года, был найден галлий, соответствующий эка-алюминию, в 1875 году — скандий — предсказанный Менделеевым эка-бор. Прошло еще 11 лет, и немецким химиком К. Винклером был открыт и эка-силиций, названный им в честь своей родины германием. Германий занял прочные позиции в радиотехнике и электронике благодаря способности создавать высокое сопротивление прохождению электрического тока и проводить ток в одном направлении. Интересуются им и металлурги. Добавка германия к алюминиевым сплавам значительно повышает их прочность. В последние годы созданы сплавы алюминия с добавками серебра и германия. Им прочат большую будущность.

 

Однако пока они не нашли широкого применения, так как германий — редкий металл, а серебро — дорогой. Появляется все больше сплавов, в которых к алюминию добавляется большое число разных металлов. Американская фирма АЛКОА по заказу исследовательского центра по\’ космическим полетам разработала два, новых сплава для ракет. В них, кроме обычно применяемых добавок (медь, цинк, магний, марганец и т.п.), содержатся еще кадмий, титан, вольфрам, цирконий.

 

 

Все   большее   распространение   приобретают спеченные алюминиевые   сплавы    (САС)   с   кремнием, никелем, железом, хромом, цирконием. Главная их особенность — низкий коэффициент линейного расширения. Их удобно применять совместно со сталью при изготовлении различных механизмов и приборов.

Это необыкновенное свойство по заслугам оценили конструкторы и технологи. Оно особенно ценно при изготовлении из высокопрочного сплава деталей сложной конфигурации.
В обычной заводской практике такие детали штампуют в несколько приемов. Причем каждый раз приходится отжигать металл и снимать наклеп. Для того чтобы довести деталь сложной формы до нужных кондиций, необходимо ее еще обрабатывать резанием, фрезерованием, сверлением и т.п. Особенно трудно обрабатывать обычными способами детали из высокопрочных сплавов, которые ныне все больше применяются в современной технике.

Если обрабатывать их давлением, приходится затрачивать колоссальные усилия, резанием — нужен дорогостоящий инструмент. К тому же при всех видах механической обработки миллионы тонн ценнейшего металла превращаются в стружку.

Вот наглядный пример. На одном из крупных заводов в Советском Союзе по обработке цветных металлов наряду с изготовлением крупногабаритных деталей разного размера и назначения выпускают чайники. Для производства такой продукции по принятой на заводе технологии требуется свыше пятидесяти различных операций: штамповка при комнатной температуре, нагрев для снятия напряжений, формовка ребер, пайка донышка и носика и ряд других. Такие чайники завод выпускает уже много лет.

Но однажды на завод приехал инженер из Москвы. Он предложил способ изготовления чайников за одну операцию. Была создана специальная комиссия из специалистов для проверки представленных расчетов и новой технологии изготовления чайников. Для проведения опыта был использован сплав цинкаль (цинк плюс 22 % алюминия) в виде листа с приваренными болтами вместо крышки к чайнику. Всю эту сборку поместили в печь. Теперь нужно было при температуре деформации сплава (250 °С) подвести к форме сжатый газ. Так как на заводе не было баллонов со сжатым газом был использован баллон для газирования воды. В печь стали вдувать углекислый газ из этого баллона.

 

Давление углекислоты оказалось достаточным. Через несколько минут из печи вынули готовый чайник. Результат был столь внушительным, что руководство завода вскоре поручило своим металлургам наладить производство некоторых изделий по предложенной технологии.

За последние годы все ширится применение сверхпластичного алюминиевого сплава. \’Несколько лет назад за рубежом из него стали делать некоторые детали кабины сверхзвукового самолета \»Конкорд\», которые раньше изготовляли из пластмасс. Замена пластмасс сверхпластичным алюминиевым сплавом повышает безопасность самолета.
Из этого сплава автомобилестроители стали изготовлять кузова спортивных автомашин. По расчетам специалистов стоимость кузова при выпуске 500 машин в месяц обходится в 2,5 раза дешевле стального, а трудовые затраты на его обработку и монтаж уменьшаются в 3—4 раза.

 

Любопытная особенность сверхпластичного сплава — при нагреве ведет себя как разогретая смола или жевательная резинка, а при остывании вновь приобретает свои обычные свойства. Чему же обязаны его такие замечательные качества. Оказывается, особой структуре. Эти сплавы построены из очень мелких зерен, которые имеют форму равноосного многоугольника. Под действием внешних сил — давления, температуры — подобные зерна, словно песчинки, смазанные жиром или маслом, легко скользят относительно друг друга и выстраиваются цепочкой по направлению приложенных сил.

 

 

 Недавно созданы сплавы, которые могут запоминать форму, или как говорят производственники — сплавы памяти формы. Если пластинку из такого сплава нагреть до определенной температуры, то при охлаждении она снова распрямится. Затем на эту распрямленную пластинку положить груз и вновь нагреть, то она изогнется дугой и сбросит груз. Поистине, у такого сплава оказались неожиданные свойства. Изготовляют подобные сплавы из титана и никеля, довольно дорогих металлов.

 

Алюминий и в этом случае оказался на высоте. Оказалось, что памятью формы обладают также алюминиевые бронзы (13,4 % алюминия, 2 % марганца, остальное медь).
Был проведен такой эксперимент для проверки способности алюминиевой бронзы запоминать форму. Из алюминиево-бронзовой фольги сделали забавную картинку. На картинке смешной цыпленок с узелком на плече.

 

Яркий, цветной, но к сожалению, неподвижный. Картинку экспериментатор положил на ладонь. Когда картинка хорошо прогрелась от тепла руки, цыпленок вдруг стал подмигивать лукавым глазом, перышки его засветились другими красками. Казалось, что он вот вот, как в мультфильме, спрыгнет с ладони. В фольге были сделаны тонкие прорези в разных местах на крылышках и хвостике цыпленка, а в том месте где у него глаз, был вырезан лепесток и отогнут на некоторый угол. Все это было сделано при температуре выше 36°С. При температуре же ниже этой щели будут закрыты, а лепесток распрямлен.

Это происходит потому, что при нагреве металлическая подложка \»вспоминает\» заданную форму. Новое изобретение может быть с успехом использовано при съемке мультфильмов, в учебных пособиях, световых указателях и табло, разнообразной рекламе, игровых автоматах. Замена в этих сложных устройствах электронных схем дешевой алюминиево-бронзовой фольгой позволит удешевить их.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.