Алюминиево-литиевые сплавы
Алюминиево-литиевые сплавы – это совокупность сплавов алюминия и лития, в состав которых в некоторых случаях входят цирконий и медь.
Легирование литием уменьшает массу конструкции благодаря трем эффектам:
- Смещение. Атома лития существенно легче алюминия. Каждый его атом вытесняет атом алюминия из кристаллической решетки, но структура решетки при этом сохраняется. Каждый 1 % добавленного к алюминию лития уменьшает плотность нового сплава на 3 %, а жесткость при этом увеличивается на 5 %. Данный эффект работает до предела растворимости лития в алюминии, составляющий 4,2 %.
- Деформационное упрочнение. Введение атомов другого типа в кристалл способствует блокировке дислокации. В результате получается более прочный материал, что позволяет использовать его меньшее количество.
- Дисперсионное упрочнение. В случае правильного старения лития образуется метастабильная фаза с когерентной кристаллической структурой. Данные осадки способствуют укреплению металла, что препятствует перемещению дислокации во время деформации. Но при этом осадки являются нестабильными, поэтому нужно соблюдать осторожность, чтобы предотвратить чрезмерное старение. Благодаря данному эффекту образуются зоны без осадков, как правило на границах зерен, что в свою очередь способствует уменьшению коррозионной стойкости сплава.
Дислокация – это кристаллографический линейный дефект; нарушение кристаллической решетки твердого тела.
Повышение летно-технических характеристик самолетов
Летно-технические характеристики – это совокупность технических показателей, которые определяют возможности летательного аппарата выполнять целевое назначение.
К летно-техническим характеристикам относятся:
- Летные данные - максимальная скорость, маневренность, скороподъемность, продолжительность полета, взлетно-посадочные характеристики, техническая дальность полета и другие.
- Геометрические данные.
- Прочностные характеристики.
- Тяговые характеристики.
- Центровочные данные.
- Весовые данные.
Алюминиево-литиевые сплавы широко используются в современном самолетостроении для создания перспективных машин с улучшенными летно-техническими характеристиками. Литий придает уникальные свойства алюминиевым сплавам. Он снижает плотность сплава, но этом увеличиваются модуль упругости и прочность. На главное преимущество таких сплавов заключается в том, что большинство из них свариваются, что позволяет заменить заклепки сварными соединениями. Алюминиево-литиевые сплавы обладают лучшими эксплуатационными, коррозионными и механическими характеристиками, чем полимерные композиционные материалы и традиционные сплавы алюминия. Многие годы конструкторы пытались создать цельносварные самолеты. Сварка существенно уменьшает себестоимость готового самолета, при этом его масса и себестоимость уменьшаются, увеличиваются летно-технические характеристики.
В 60-x годах прошлого века советскими конструкторами был использован алюминиево-литиевый сплав 1420 для создания кабин самолетов МИГ-29М. Эти самолеты демонстрировали уникальные летно-технические характеристики и превосходили все аналоги того времени. В 70-x годах из сплава 1420 начали изготавливать клепаные фюзеляжи палубных самолетов ЯК-36 и ЯК-38, что снизило массу этих аппаратов в среднем на 10 %. В 2005-2010 году специалистами ВИАМ из сплава 1424 были изготовлены листы для отсека фюзеляжа. Данные конструкции прошли испытания в 75 000 циклов без существенных нареканий. В настоящее время осуществляется внедрение алюминий-литиевого сплава 1441 системы «алюминий-литий-магний-медь». Данный сплав обладает самой лучшей технологической пластичностью при прокатке, что дает возможность получать из него листы толщиной до 0,3 миллиметров. Сплав 1441 обладает высокими трещиностойкостью и характеристиками усталости. Он применяется для изготовления обшивки фюзеляжа центральной части самолета, элементов внутреннего набора и стрингерного набора. Относительно недавно были изготовлены элементы панели крыла из алюминиево-литиевого сплава В-1469, обладающие увеличенной удельной прочностью, что позволило уменьшить массу крыла на 15 % и увеличить несущую способность и устойчивость летательного аппарата. Использование свариваемых алюминиево-литиевых сплавов в самолетостроении является перспективным направлением. Применение данных сплавов обеспечивает значительное снижение массы самолета, увеличение весовой эффективности, а такие надежности и прочности конструкции.
