Сталь для самолетов и танков

Обновлено: 01.05.2024

— материалы, применяемые в летательных аппаратах. В отечественной практике А. м. по назначению подразделяются на конструкционные, определяющими характеристиками которых являются механические свойства, и материалы неконструкционного назначения, определяющими параметрами которых являются специфические физико-химические свойства. По своей природе А. м. подразделяются на металлические, неметаллические и композиционные; по условиям эксплуатации — на жаропрочные, для работы при низких температураx, тепло-, износо-, коррозионно-, топливо-, масло-, огнестойкие и т. д. Отдельные классы А. м., в свою очередь, подразделяются на многочисленные группы: металлические А. м. — на металлические сплавы и покрытия металлов; неметаллические А. м. — на пластики конструкционного и радиотехнического назначения, волокнистые материалы, лакокрасочные материалы и эмали, клеи, смазочные материалы, оптические материалы, декоративные материалы, керамические и металлокерамические материалы, эластомерные материалы, рабочие жидкости бортовых систем, радиопрозрачные и радиопоглотающие материалы и др. Композиционные материалы по своей природе подразделяются на волокнистые, слоистые, порошковые и смешанного типа; по виду матрицы — на материалы с металлическими и неметаллическими матрицами и полиматричные материалы.
Уже за три столетия до создания первых летательных аппаратов тяжелее воздуха люди понимали, что необходимые для них материалы должны отвечать определенному требованию — сочетанию лёгкости и прочности. Однако разработкой таких материалов не занимались, и для постройки (1883) первого в России самолёта А. Ф. Можайский использовал обычные материалы: сталь, шёлк, льняной линь и т. п. Но в начале XX в., когда в России появились заводы для строительства самолётов, А. м. были выделены в отдельную группу материалов; начали публиковаться научные работы отечественных учёных в области А. м. Основными А. м. тогда были древесина (сосна, липа, тополь и другие), одной из важных характеристик которой считалась способность надёжно держать гвозди. Для обтяжки крыльев и поверхностей применялись ткани (перкаль, шёлк), прорезиненные или с водонепроницаемым покрытием, например лаками. Алюминий только осваивался промышленностью и применялся в виде отдельных отливок, листов и тянутого материала для капотов двигателей и обшивки гондол. Некоторые детали самолётов изготавливали из магналия (сплав 90—98% алюминия и магния). Но в силу исторически сложившихся традиций и реальных возможностей строительства самолётов основным конструкционным материалом в отечественном авиастроении оставалась древесина, которая широко использовалась вплоть до окончания Великой Отечественной войны.
В начале 20 х гг. в конструкции отечественных самолётов появился алюминий, обладающий по сравнению с другими применяемыми в то время материалами наибольшей удельной прочностью и большей долговечностью. С 1920 в Московском высшем техническом училище, Центральном аэрогидродинамическом институте и на некоторых предприятиях проводились разработки алюминиевых сплавов. Для решения задачи строительства цельнометаллических самолётов и организации в стране производства алюминевых сплавов в 1922 в Центральном аэрогидродинамическом институте была образована Комиссия по постройке металлических самолётов, председателем которой был назначен А. Н. Туполев.
Для обеспечения самолётостроения качественными металлическими и неметаллическими материалами 6 октября 1925 коллегия Центрального аэрогидродинамического института приняла решение о создании Отдела испытаний авиационных материалов и конструкций. В 1928—1929 наряду с алюминием в опытных самолётах начали использовать более прочный материал — сталь. Возникла потребность в высокопрочных сталях без дорогих импортируемых легирующих элементов — молибдена и никеля. Возрастающая роль А. м. в создании передовой авиации потребовала организации научно-исследовательского центра по А. м. В 1932 в составе Главного управления авиационной промышленности был организован Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ). В 1934—1935 в ВИАМ были проведены исследования среднеуглеродистой стали с марганцем, хромом и кремнием. Дальнейшие изыскания привели к созданию в 1936—1938 первой отечественной самолётной высокопрочной стали, получившей название хромансиль. Хромансиль и сейчас успешно применяется для силовых конструкций самолётов всех типов (в США авиационные стали разработаны и внедрены только после 1952). Прочность современных отечественных конструкционных деформируемых сталей достигает 2000 МПа и более. В начале 30 х гг. были разработаны «электроны» — лёгкие магниевые сплавы для самолётов, дающие экономию массы по сравнению с алюминием на 1/5—1/3.
В годы Великой Отечественной войны одной из важнейших стала задача повышения боевой живучести самолётов. Важную роль в решении этой задачи сыграла разработанная в ВИАМ авиационная броня. Во время войны в ВИАМ были разработаны и другие уникальные для того времени А. м.; жаропрочные стали для клапанов без дефицитного кобальта; прозрачная броня из органического стекла для остекления самолётов; специальная фибра для топливных баков с протектором из резины, затягивающей пробоины; маскирующие покрытия для самолётов, которые не обнаруживались при инфракрасной аэрофотосъёмке, сливаясь с фоном местности.
Послевоенное развитие авиационной техники выдвинуло задачу создания А. м. для реактивной и высотной авиации Для решения этой задачи в конце 40 х — начале 50 х гг. были созданы и освоены деформируемые жаропрочные сплавы. Одновременно ВИАМ по предложению С. Т. Кишкина начал разрабатывать для лопаток турбин высокотемпературных реактивных двигателей литейные жаропрочные сплавы, обладающие рядом преимуществ перед деформируемыми (можно ввести больше легирующих элементов, отливать полые охлаждаемые лопатки, скорость диффузии в литейных сплавах меньше, а стабильность структуры больше). Температурный уровень жаропрочности отечественных жаропрочных сплавов возрос с 800 до 1050 С при напряжении 140 МПа за 100 ч.
В конце 40 х гг. ВИАМ разработал высокопрочные мартенситно-стареющие коррозионно- и жаростойкие стали и стали переходного класса с низким содержанием углерода. В тот же период сотрудниками ВИАМ были разработаны и внедрены в конструкцию самолётов высокопрочные деформируемые алюминиевый сплавы, а в конце 50 х — начале 60 х гг. — литейные алюминиевые сплавы, у которых легированием редкоземельными элементами или оптимизацией химического состава была достигнута высокая прочность при температураx до 400°С. Прочность современных алюминиевый сплавов достигает 750 МПа для деформируемых и 550 МПа для литейных.
Повышение уровня рабочих напряжений, температур и требований к удельной прочности и весовой отдаче самолётов привели к внедрению в авиацию в 50 х гг. титановых сплавов, характеризующихся удачным сочетанием небольшой плотности, высокой прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости и превосходящих по удельной прочности большинство другие сплавов. Прочность современных титановых сплавов достигает 1600 МПа. В 50-х же гг. в авиастроении начали применяться бериллиевые сплавы, которые по прочности и некоторым другим свойствам в ряде случаев превосходят алюминиевые и титановые сплавы. Находят применение в авиации медные сплавы, получают распространение сплавы на основе тугоплавких металлов.
Улучшение характеристик А. м. шло в основном по пути использования для легирования или в качестве основы всё более широкого набора химических элементов. Это в свою очередь требовало совершенствования существовавших и разработки новых технологических процессов и оборудования. Для этих целей в 1961 был создан Всесоюзный институт лёгких сплавов (ВИЛС).
Послевоенное развитие авиации потребовало создания и неметаллических А. м. с различными специфическими свойствами. В конце 40 х — начале 50 х гг. были начаты разработки полимеров как основы широкой гаммы неметаллических материалов для реактивной авиации: конструкционных пластиков и пенопластов (см. Пеноматериалы), эластомеров и резин для уплотнений, герметиков, клеёв, рабочих жидкостей гидросистем, материалов остекления (см. Стекло в авиастроении), теплозащитных материалов, теплоизоляционных материалов, звукопоглощающих материалов, облицовочных материалов. В 50—60 х гг. были созданы полимеры, ставшие основой многие теплостойких неметаллических А. м., нашедших широкое применение в авиации. В 30 х гг. были начаты разработки вибропоглощающих вязкоупругих материалов для снижения виброперегрузок на участках, примыкающих к двигателю, гашения шума, излучаемого обшивкой, повышения усталостной долговечности деталей и т. д. Ужесточение требований к пожаробезопасности самолётов в 50—60 х гг. привело к созданию полимерных А. м. с пониженной горючестью.
В 60 х гг. были начаты работы по созданию и применению конструкционных композиционных материалов, сложно армированных различными упрочнителями, вводимыми извне или образующимися в материале (например, в электрических жаропрочных сплавах направленной кристаллизации и в самоармируемых полимерах), имеющих более высокие удельные прочность и жёсткость, чем классические материалы. Разработаны новые технологические процессы, обеспечивающие высокое качество и чистоту А. м.: выплавка металла в специальных средах, регламентированная и направленная кристаллизация, использование эффекта сверхпластичности, порошковая (гранульная) металлургия (см. Порошковые материалы), (см. Гранулируемые сплавы), (см. Дисперсноупрочнённые материалы) с использованием высокоскоростной кристаллизации, газо- и гидростатическое прессование и другие Большая роль в использовании порошковой (гранульной) металлургии для получения А. м. принадлежит ВИЛС. Для повышения безопасности полётов во всепогодных условиях разработаны материалы и методы защиты от грозовых разрядов и разрядов зарядов статического электричества. Насыщенность современных летательных аппаратов радиоэлектронной аппаратурой обусловила разработку материалов, защищающих электронные системы от интерференции электромагнитного излучения. Стремление повысить боевую живучесть самолётов и вертолётов привело к созданию новых видов А. м., обеспечивающих стойкость к поражающим факторам систем оружия и пониженный уровень демаскирующих сигналов, воспринимаемых радиолокационными, инфракрасными, акустическими, оптическими и другими системами обнаружения. Для защиты кабины пилота, двигателя и важных систем самолёта разработаны новые виды брони — металлическая, керамическая, пластмассовая, комбинированная.
Для обеспечения оптимальных условий обзора и защиты от факторов окружающей среды созданы надёжные теплостойкие материалы остекления самолётов. Разработаны остекление с поляризующими фильтрами и фотохромное стекло для регулирования светопропускания, стекло, защищающее пилота от светового излучения ядерных взрывов и другие С повышением скоростей и усилением интенсивности воздушного движения непрерывно возрастает опасность столкновения самолёта с птицами, поэтому ведётся поиск материалов и конструкций остекления, способных выдерживать такие столкновения.
Появление радиолокационных станций обнаружения привело к созданию радиопоглощающих материалов, обеспечивающих уменьшение эффективной отражающей поверхности летательного аппарата с целью их противорадиолокационной маскировки. Для защиты антенн самолётных радиолокационных станций от воздействия аэродинамических и термомеханических нагрузок разработаны радиопрозрачные материалы с покрытиями, защищающими от пылевой и дождевой эрозии, а для новейших самолётных многомодовых радиолокационных станций с интегральными системами типа «обтекатель — антенна» — радиопрозрачные материалы, включающие элементы раднотехнических систем (волноводные фазовращатели и т. д.). Появление инфракрасных систем обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения привело к разработке как инфракрасных прозрачных материалов, используемых в качестве преломляющих сред, так и к созданию инфракрасных поглощающих материалов для маскировки летательных аппаратов.
Разрабатываются материалы и методы защиты от поражающего фактора ядерных взрывов — электромагнитного импульса, который приводит к появлению на обшивке самолёта поверхностных токов силой 5—10 кА с частотой 1—10 МГц и соответствующих электрических и магнитных полей, выводящих из строя радиоэлектронную аппаратуру. Для защиты летательного аппарата от рентгеновского излучения ядерного взрыва создаются экранирующие материалы.
Дальнейшее развитие А. м. определяется требованиями прогресса науки и техники. Ведущиеся исследования по применению водорода в качестве авиационного топлива охватывают и разработку А. м., способных работать в среде водорода и продуктов его сгорания, открываются перспективы улучшения свойств А. м. за счёт космической технологии, основанной на особенностях протекания в невесомости таких физико-химических явлений, как диффузия, поверхностное натяжение, теплоперенос, кристаллизация и другие. Непрерывный прогресс в области А. м. является одной из основ дальнейшего развития авиации.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия . Главный редактор Г.П. Свищев . 1994 .

Полезное

Смотреть что такое "Авиационные материалы" в других словарях:

АВИАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — древесные, металлические и др. материалы, употребляющиеся в самолетостроении. К А. М. предъявляются требования высокой прочности при малом уд. весе. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза… … Морской словарь

авиационные материалы — авиационные материалы материалы, применяемые в летательных аппаратах. В отечественной практике А. м. по назначению подразделяются на конструкционные, определяющими характеристиками которых являются механические свойства, и материалы… … Энциклопедия «Авиация»

Фрикционные материалы — материалы, применяемые для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения, и имеющие большой коэффициент трения. Они характеризуются высокой фрикционной теплостойкостью (т. е. способностью сохранять коэффициент трения и… … Большая советская энциклопедия

Музеи авиационные — (включая постоянные выставки) открыты во многих странах мира. К числу крупнейших отечественных М. относятся следующие. Музей Военно Воздушных Сил (Монино, Московская область). Открыт 23 февраля 1960 как Музей выставка авиационной техники ВВС.… … Энциклопедия техники

Радиопоглощающие материалы и покрытия — Передняя кромка поворотного ПГО многоцелевого истребителя Eurofighter Typhoon выполнена из радиопоглощающего материала … Википедия

ГОСТ 17432-72: Материалы порошковые. Прутки и поковки из сплава марки М-МП. Технические условия — Терминология ГОСТ 17432 72: Материалы порошковые. Прутки и поковки из сплава марки М МП. Технические условия оригинал документа: 2. Применяемые материалы и оборудование 2.1. В качестве источника ультрафиолетового излучения применяют ртутно… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — обладают высоким и стабильным коэф. трения и высокой износостойкостью; применяются для изготовления тормозных узлов, муфт сцепления и др. устройств, в к рых используется сила трения. Ф. м. сохраняют высокий коэф. трения (0,2 0,6) и миним. уровень … Химическая энциклопедия

Применяемые материалы и оборудование — 2. Применяемые материалы и оборудование 2.1. В качестве источника ультрафиолетового излучения применяют ртутно кварцевые лампы типов ПРК, СВД или СВДШ с использованием светофильтров марок УФС 3, УФС 4 или УФС 6. 2.2. Для приготовления… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ — Здесь рассматриваются основные (силовые) элементы конструкций самолетов и воздушно космических летательных аппаратов, современные материалы и важные конструктивные особенности авиационно космической техники. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ… … Энциклопедия Кольера

Сталь для самолетов

Условия безопасной эксплуатации современных самолетов формируют строгие требования к материалам. Они должны быть легкими, прочными, обеспечивать оптимальные габариты и снижать расход топлива. Рассмотрим, какие преимущества в авиастроении имеет сталь по сравнению с другими металлами.

Для разных летательных аппаратов выбирают определенные виды стали

Преимущества стали для строительства самолетов

Качество материала влияет на конкурентоспособность летательного аппарата, которую формируют показатели скорости, точности, расстояния, способности к маневрам, подъему грузов. Для гражданского судна необходимы надежность, комфорт, пожарная безопасность.

При строительстве любого самолета важно уменьшить расходы на разработку проекта, его освоение и последующую эксплуатацию. Поэтому материал должен быть легким, прочным, жестким, устойчивым к коррозии и трещинам. Один металл с такой задачей не справится, и для обеспечения всех потребностей в самолетостроении используют комбинацию нескольких металлов.

Из сплавов с включением алюминия делают фюзеляжные и крыловые поверхности. Из титановых – балки, элементы шасси. Панели крыла, силовых установок и створок люка шасси изготавливают из композитов полимерного типа.

Кажется, что среди таких конкурентов позиции стали незавидные. Но это не так. На долю этого металла приходится 10 % деталей в пассажирских самолетах и 30–50 % в военных.

Из стали делают детали, на которые приходится самая большая нагрузка:

Элементы шасси.
Крепежные болты для соединения фюзеляжа с крылом.
Гидроцилиндрический корпус.
Трубы гидросистемы с повышенным давлением и другие.

Выбор стали не случаен. Металл отличается высокой прочностью и жесткостью, что хорошо заметно в небольших элементах. Сталь сопротивляется циклической нагрузке, не поддается коррозии, имеет достаточную технологичность. Кроме того, из нее можно делать заготовки различными способами – пайкой, сваркой, механическими методами обработки, холодным деформированием. Еще один немаловажный плюс – относительно невысокая цена.

Новые виды стали для самолетостроения

В последние годы были разработаны новые мартенситностареющие стали с высокой прочностью до 3500 МПа. В них содержится мало азота и углерода, поэтому они пластичные, вязкие, сопротивляются повторной статической нагрузке, трещинам и ржавчине. Заготовки из такой стали можно обработать давлением, режущими инструментами, термическими способами – нагревом и охлаждением.

Наиболее полно достоинства мартенситностареющей стали проявляются, когда из нее изготавливают сложную деталь с малым прецизионным допуском и подвергают ее термической и химической обработке. Такая сталь нашла применение в истребителях серии «МиГ», использовалась при изготовлении шасси космического корабля «Буран».

Стойкая к коррозии ВНС-2 стала базовым материалом при создании цельносварного отсека в сверхзвуковом самолете МиГ. Она применяется в форме ленты и листа для изготовления силовых элементов, обшивки, деталей внутреннего набора.

Для каждой детали самолета рассчитывают оптимальные параметры стали

ВНС-5 наиболее широко распространена в авиации. Из нее делают детали для СУ и МиГов. Для гражданских самолетов из нее производят болты высокой нагрузки.

СН-2А зарекомендовал себя как надежный материал для крепежных и силовых элементов, баллонов для воздуха и кислорода, которые обязательно должны быть во всех летательных аппаратах. Баллоны из этой стали не взрываются при поражении пулями – это очень важное преимущество.

Для работы с новыми видами топлива, водородом и жидким кислородом разработаны специальные виды стали – ВНС-25, -49, -59. Из них производят жидкостно-ракетные двигатели, например PD-170 от «Энергомаша».

Стойкие к коррозии и среднелегированные стали получили широкое применение как материалы для конструкций и агрегатов, подвергающиеся обработке химико-термическими методами. Технология обеспечивает уникальное сочетание высокой твердости, сопротивления усталости и стойкости к износу с вязкостью, пластичностью и технологичностью.

Например, ВКС-7 разработана для шестерен редуктора крупномодульного типа с тяжелой нагрузкой. Карбонитридное упрочнение обеспечивает выносливость при контакте с температурой до 200–250 градусов.

Стоит отдельно сказать о вертолетах. ВКС-10 прочностью до 1300 МПа выдерживает температуру до 400 градусов. Сталь обеспечивает полноценную работу редуктора даже при отсутствии маслоподачи на протяжении двух часов.

Сталь сохраняет прочные позиции в авиастроительной отрасли. Новые виды этого металла отличаются высоким пределом выносливости, то есть максимальным напряжением, которое материал может выдержать. Поэтому он используется в создании летательных аппаратов наравне со сплавами алюминия и титана.

Металл в военной технике

При производстве военной авиационной, морской, сухопутной техники, боеприпасов, оружия используют изделия из черного, нержавеющего, цветного металлопроката. Это листы, квадраты, катанки, арматура, круги, трубы, профили. Для их изготовления предназначены высокопрочные стали, титан, алюминий, латунные сплавы, свинец. Оборонный комплекс РФ включает свыше 1 350 предприятий, сосредоточенных в разных регионах России. На их работу в 2022 году было заложено свыше 3,5 триллионов рублей. В эти расходы включено и изготовление военной техники, спецоборудования. К металлам предъявляются строгие требования. Они должны быть пластичными, прочными, устойчивыми к высоким температурам, коррозии.

Танковая броня: из чего ее делают

Защите танков во все военные времена уделялось особое внимание. Их броня была не просто стальной стеной, а многослойной конструкцией. Во времена СССР использовался композиционный материал. Он включал сталь и стеклопластик, обладал высокой гибкостью, стойкостью к высокотемпературному воздействию. Самым первым танком с многослойной броней стал «Т-64». В СССР также использовали ультрафарфор и стеклотекстолит. Промежуточным «звеном» между этими материалами была сталь.

Современные британские, немецкие танки имеют усиленное покрытие. Оно состоит из нескольких слоев, включая керамику с ураном, графит, кевлар (для удерживания попавших осколков снарядов). А в России выбирают танковую защиту без воздушного пространства между слоями из фарфора, керамики. За счет отсутствия прослоек намного эффективнее поглощаются удары со стороны противника.

В основе брони лежат легированные стали (не более 0,3 % углерода для толщины до 100 мм, с марганцем, молибденом, медью, хромом, никелем, медью). Металл выдерживает попадание снарядов крупного калибра, осколочных гранат, мелкоколиберных пуль. Требования к твердости листовой стали зависят от ее толщины. Подробности в таблице:

Характерные представители танковой броневой стали — Armos 3705, Mars 190. Они соответствуют высокому классу прочности. Российские аналоги — ст3, ст17ГС, 17Г1С. Возможно использование марки Armos 400S, но только после закалки.

Танковая броня должна иметь толщину в диапазоне 80-380 мм. В тяжелой оборонной технике слой стали может достигать 9,5 см. Но такие танки весят более 200 тонн и редко применяются из-за чрезмерных топливных затрат. Массивная броня может выдержать попадание артиллерийских снарядов — причем, лобовое.

Применяется сталь для защиты легкой оборонной техники. Стандартная толщина — 50-80 мм. Для бронетранспортеров выбирают металл российских марок А3 (пятый класс прочности), 2П, 7, импортные аналоги — MARS 240, ARMOX 500S.

Из чего делают бронежилеты

Бронежилеты как средства индивидуальной защиты людей от оружия производят из высокопрочных материалов. Шьют их из баллистической ткани или кевлара (от 30 до 50 слоев). Пластины из стали или титана вставляют в заранее подготовленные карманы. Ватин применяется с целью снижения рисков контузии, уменьшения удара при попадании пули. Вес бронежилета — 2-20 кг. Уровень защиты зависит от количества слоев и материалов. Конструкция включает три основных компонента:

Пакет и плита — главные защитные элементы. Первый изготавливают из арамидного волокна или высокомолекулярного полиэтилена. Пакет защищает от пистолетного калибра, мелкой дроби. Плита — самый жесткий элемент, который делают из стали марки 44С (толщина 6,5-6,6 мм). Она повышает класс защиты до пятого и предохраняет от пуль 7Н22, 7Н24 с сердечниками 5,45-миллиметрового калибра. Для изготовления плиты бронежилета используют титановые сплавы с хромом, молибденом. Алюминиевые средства индивидуальной защиты превосходят стальные. Они защищают от пуль калибра 14,5 и 12,7 мм. Алюминий технологичен, отлично сваривается. Поэтому бронежилеты эффективны как средства для противоминной, противоосколочной защиты.

Композитные СИЗ выгодно отличаются от металлических небольшим весом. В состав керамических плит включают карбиды кремния и бора, алюминиевые оксиды. Они обеспечивают шестой класс защиты от автоматного, винтовочного, пистолетного калибра.

Из чего делают пули

Литые пули изготавливают по технологии затвердевания расплавленного металла в форме. Это основные функциональные элементы патронов, которые состоят из трех частей:

оболочки,
рубашки,
остроконечного сердечника.

Для изготовления оболочки используется малоуглеродистая сталь (08, 08пс, 08кп), которая для дополнительной защиты и продления сроков эксплуатации покрывается антикоррозийным томпаком. Рубашку делают из свинца, легированного сурьмой и оловом, или из цинковых сплавов. Для изготовления сердечника применяются высокоуглеродистые стали — штамповые, инструментальные с содержанием углерода не более одного процента (марки 20 и 35).

Все пули для пневматического оружия классифицируются на стальные и свинцовые. Первые имеют шарообразную форму и подходят для гладких стволов. А пули из свинца для нарезных стволов — вытянутые. Самый популярный калибр — 4,5 мм. В охотничьих ружьях используют калибр 5,5 и 6,35 мм.

Из чего делают корабли: листы для судовой стали

При сооружении военных и промышленных, речных и морских судов важное значение имеет специальная судостроительная сталь. Из нее делают разные виды металлопроката, которые потом применяются для отделки водного транспорта. К популярным типам относятся:

горячекатаные полосы (длиной до 6 000 мм) и квадраты;
листовой прокат г/к — толщина до 200 мм;
равнополочные, неравнополочные, обратные уголки;
швеллеры;
полособульбовые профили;
полукруги и круги г/к;
горячекатаные рулоны толщиной до 10 мм.

Наиболее востребованный в судостроении вид металлопроката — это стальные листы. Они классифицируются на две группы по назначению. Это прокат для речных и морских судов. При изготовлении они проходят полный производственный цикл — от формирования отливок с заданными механическими и химическими свойствами в печах до конечной прокатки и получения листов необходимых геометрических параметров. В завершении выполняется нарезка элементов. Иногда выполняются дополнительные операции — ковка и волочение. Готовый металлопрокат для судостроения соответствует высоким требованиям к атмосферо- и ударостойкости, сопротивляемости и текучести.

Стали для судостроения регламентированы стандартами ASTM A131, ГОСТом 5521. Перечислим наиболее популярные марки:

А32, D32,
D36, F36,
А40, D40,
Е40, F40,
D46, F46,
F55.

Это стали, обладающие высокой вязкостью при температурных показателях ниже -60 градусов Цельсия. Помимо устойчивости к отрицательным температурам перечисленные марки проявляют следующие эксплуатационные свойства:

высокая коррозийная устойчивость — даже в агрессивных средах;
стойкость к образованию трещин и расслаиванию;
сопротивление высокому радиационному фону и сильным вибрациям;
способность к эксплуатации при повышенной влажности на протяжении длительного срока;
сохранение первоначальных свойств при резких температурных скачках или постепенном снижении/повышении.

Листовой прокат из судового металла используется для сооружения и отделки морских платформ, причалов, корпуса, палубы, второго дна и обшивки. Корабли, лайнеры, ледоколы — во всех этих судах задействован металл перечисленных марок.

Самолетостроение: из чего делают крупные детали

При конструировании, сборке авиационной техники применяются стали, дюралюминиевые, титановые и магниевые сплавы с кремнием. Последние используются для мелкого и тонкостенного литья с целью изготовления деталей колес и приборов в кабинах. Дюралюминиевые сплавы применяются для производства силовых элементов — стрингеров, фюзеляжа, лонжеронов, шпангоутов. Приведем примеры использования сталей (углерода не менее 0,55 %) разных марок в авиационной промышленности:

хромомарганцевокремнистая ЗОХГСА — силовые агрегаты, турбины, обшивка крыльев;
высокоуглеродистые У7 и У12 — валики, муфты, ленты-расчалки;
малоуглеродистые 20, 25, 20А — гайки, болты, другой крепеж;
нержавеющая 1Х18Н9Т (сопротивляемость низким температурам) — гидравлические системы, напорные баки, окислительные емкости, выпускные коллекторы и трубы.

Из титановых сплавов в авиации производят крылья и стабилизаторы, корпуса сверхзвуковых самолетов. Прочный металл используется при конструировании шасси, лопаток компрессоров, кожухов камер сгорания, узлов фиксации закрылков, сопел реактивных моторов.

Сталь в авиастроении

С. присущ комплекс ценных свойств, обусловивших применение её в качестве конструкционного материала в авиастроении: высокая удельная прочность, работоспособность при высоких и низких температурах, а также при действии агрессивных сред, хорошая технологичность.
Идею использования С. для создания летательных аппаратов впервые высказал ещё К. Э. Циолковский, который в течение многих лет разрабатывал конструкцию цельнометаллического дирижабля из гофрированных стальных листов. В 1928 в Военно-воздушной академии РККА имени профессора Н. Е. Жуковского (ныне Военно-воздушная инженерная академия имени профессора Н. Е. Жуковского) по инициативе начальника лаборатории сварки П. Н. Львова и начальника кафедры самолётостроения С. Г. Козлова была сформирована группа по освоению производства качественной С. и применению их в конструкциях самолётов. Было налажено производство горячего (листы) и холодного (фольга) проката из нержавеющих С. Энерж-6, а в дальнейшем — С. марок Я-1, Я-2 и ЭП-100, получивших широкое распространение в авиастроении. В 30-х гг. под названием «Сталь» было выпущено несколько опытных и серийных самолётов, в которых основным конструкционным материалом в силовых элементах служили нержавеющая С. или трубы из хромомолибденовой С.
В 1939—1940 в ОКБ А. С. Яковлева и А. И. Микояна были созданы самолёты со сварным каркасом из стальных труб. Для изготовления труб была применена разработанная И. И. Сидориным, Г. В. Акимовым н П. П. Шишковым С. марки 30ХГСА (хромансиль), легированная кремнием и не содержащая, в отличие от зарубежных аналогичных С., молибдена. В годы Великой Отечественной войны на самолётах штурмовой авиации широко использовалась разработанная под руководством С. Т. Кишкина и Н. М. Склярова броневая С. (см. Броня авиационная). Высокопрочные С. с пределом прочности 1600 МПа впервые применены в авиастроении в СССР в начале 50-х гг., когда Кишкнным и И. И. Гузманом была разработана С. марки 30ХГСН2А.
В современном авиастроении С. используется для изготовления деталей планёра, двигателя, топливно-регулирующей аппаратуры, приборов и т. д. Для изготовления деталей планера в зависимости от условий работы и эксплуатации применяются С. различных классов: среднелегированные, высоколегированные мартенситно-стареющие, коррозионностойкие аустенитного, мартенситного и переходного аустенитно-мартенситного классов.
Среднелегированные конструкционные С. служат для изготовления деталей шасси, лонжеронов, крепежа, деталей центроплана и т. д. Прочность этих С. составляет 900—1900 МПа, обеспечивается содержанием углерода в пределах 0,2—0,4% и термической обработкой, состоящей в закалке и отпуске при температурах 200—300(°)С (на прочность более 1400 МПа) или 500—620(°)С (на прочность 900—1200 МПа). Помимо углерода такие С. содержат 4—6% (в сумме) таких элементов, как хром, никель, марганец, кремний, молибден, позволяющих получить при закалке однородную высокопрочную мартенситную структуру по всему сечению детали.
Из мартенситно-стареющих высокопрочных С. типа 03Н18К9М5Т изготовляют тяжелонагруженные детали шасси, болты и т. д. Эти С. легированы 18% никеля, 9% кобальта, 5% молибдена и 0,9% титана. Такое легирование при низком содержании углерода (

Смотреть что такое "Сталь в авиастроении" в других словарях:

сталь — в авиастроении. С. присущ комплекс ценных свойств, обусловивших применение её в качестве конструкционного материала в авиастроении: высокая удельная прочность, работоспособность при высоких и низких температурах, а также при действии агрессивных… … Энциклопедия «Авиация»

Высокопрочная сталь — Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит (карбид железа; Fe3C … Википедия

МОЛИБДЕНОВАЯ СТАЛЬ — (Molybdenum steel) сталь с примесью небольшого количества молибдена (0,15 3,0 %), обладает высокими механическими свойствами и широко применяется в авиастроении. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство… … Морской словарь

Авиационные материалы — материалы, применяемые в летательных аппаратах. В отечественной практике А. м. по назначению подразделяются на конструкционные, определяющими характеристиками которых являются механические свойства, и материалы неконструкционного назначения,… … Энциклопедия техники

Технология авиастроения — область технологии машиностроения, включающая процессы, методы, способы и технические средства изготовления изделий авиационной техники. В начальный период развития авиационной техники Т. а. располагала ограниченными средствами, которые… … Энциклопедия техники

Бартини, Роберт Людвигович — Роберт Людвигович Бартини Роберто Орос ди Бартини … Википедия

Бартини — Бартини, Роберт Людвигович Роберт Бартини Роберт (Роберто) Людвигович Бартини (настоящее имя Роберто Орос ди Бартини (итал. Roberto Oros di Bartini); 14 мая 1897, Фиуме, Австро Вен … Википедия

glockmeister

Постоянное совершенствование конструкций летательных аппаратов требовало непрерывного повышения прочности и удельной прочности (отношение прочности к плотности материала) при сохранении всех преимуществ сталей. Если в авиации до 1941 г. первый из этих параметров колебался от 800 до 1000 МПа, то сейчас - от 1300 до 2000. Впрочем, сложность проблемы заключается не столько в достижении таких показателей, сколько в обеспечении работоспособности выполненных из соответствующих материалов авиационных конструкций.
Дело в том, что повышение прочности сталей ведет к снижению их пластичности, вязкости, трещиностойкости и т.д. В связи с этим разработчики новых их разновидностей ведут непрерывный поиск компромиссов между повышением прочности и обеспечением надежности. В настоящее время в авиационной технике чаще всего применяют три группы высокопрочных сталей: конструкционные среднелегированные; коррозионностойкие; используемые для изготовления деталей, работающих в тяжелых условиях с повышенным трением и подвергаемых химико-термической обработке.
Но в любом случае появление таких материалов заставило пересмотреть принятые ранее подходы к конструированию и технологии изготовления деталей, так как все перечисленные стали обладают рядом специфических особенностей и существенно отличаются от созданных ранее и имевших среднюю прочность (до 1400 МПа). В частности, оказалось: нарушение технологического цикла их получения может приводить к преждевременному выходу из строя деталей, несмотря на полную доброкачественность металла. При этом очагами разрушения могут быть поверхностные или подповерхностные дефекты, полученные на различных стадиях изготовления полуфабриката, самой детали или конструкции целиком. Потому-то было очень важно разработать четкие организационно-технические мероприятия, включающие инструкции по термической и механической обработке деталей, защите от коррозии, сварке и т.д., что нами и было сделано в начале 60-х годов XX в. Кроме того, существенно изменился и подход к изделиям из высокопрочных сталей; основными требованиями к ним стали минимальная концентрация напряжений и высокая чистота поверхности.
Итак, новые стали заняли свое место в авиастроении, причем в зависимости от предела прочности из них изготавливают разные детали. Скажем, если этот параметр находится в пределах 1600-1800 МПа, то такой металл пригоден для производства силового набора планера (лонжероны, различные балки, рамы, оси и т.д.). А стали ВКС-8 (1800-2000 МПа) и ВКС-9 (1950-2100 МПа) незаменимы при изготовлении крупногабаритных сварных деталей (возможна электроннолучевая и аргонно-дуговая сварка) планера и шасси в машинах Конструкторских бюро им. Сухого, Антонова, Микояна, Камова. Мало того. Стали с пределом прочности выше 1950 МПа с успехом заменяют титановые сплавы, что позволяет при их одинаковой удельной прочности существенно уменьшить затраты на производство.
В последние десятилетия разработан новый класс высокопрочных, или так называемых мартенситностареющих сталей. Их прочность 1450-2500 МПа, они обладают уникальными физико-механическими и технологическими свойствами. Например, благодаря низкому содержанию углерода и азота имеют высокую пластичность, вязкость, сопротивление повторностатическим нагрузкам и коррозионному растрескиванию. Этот материал очень технологичен, т.е. заготовки, выполненные из него, после закалки можно подвергать различным видам холодной обработки давлением (раскатку обечаек, накатку резьбы и т.д.), без затруднений обрабатывать режущим инструментом, а затем повышать в два раза их прочность простой термической обработкой - старением (нагрев и охлаждение на воздухе) при относительно низких температурах.
Перечисленные преимущества мартенситностареющих сталей наиболее полно реализуются при изготовлении деталей сложной формы с малыми допусками (в том числе и прецизионных), подвергаемых химико-термической обработке . Металл такого класса нашел применение в тяжелонагруженных узлах истребителей МиГ-31 и МиГ-29, деталей узла поворота и шасси орбитального космического корабля многоразового использования "Буран" и др.
Дальнейшее развитие самолетостроения выдвинуло очередные требования к материалам. В первую очередь речь идет об истребителях, скорость которых опережает звук в 2,5-3 раза, так как для этого они должны преодолевать тепловой барьер - температуры в 280-300 о С, когда алюминиевые сплавы неприменимы. Мы сумели решить и эту задачу. Предложенные нами высокопрочные коррозионностойкие стали обладают всеми необходимыми качествами: высокой прочностью, пластичностью, вязкостью, высокими технологическими свойствами - их легко штамповать, сваривать. Последнее свойство позволяет обойтись без дальнейшей термообработки, и в результате можно создавать сложные, ажурные конструкции, скажем, несущие баки-кессоны, причем без помощи герметиков и клепки, ранее широко применяемых.
Основным материалом в цельносварных самолетных отсеках сверхзвуковых самолетов серии Ми Г стала коррозионностойкая сталь ВНС-2 с пределом прочности 1250- 1400 МПа. В виде листа и ленты ее применяют для обшивки и внутреннего набора, а также при изготовлении силовых деталей (прутки, поковки и т.д.).
Однако в процессе эксплуатации летательных аппаратов, в которых была использована сталь ВНС-2, выяснилось: она недостаточно пригодна в условиях влажного климата (скажем, Средиземноморья). Дальнейший поиск позволил нам получить новые стали ЭП817 (пруток) и ВНС-41 (лист). По своим механическим характеристикам и технологичности они соответствуют уже проверенной ВНС-2, а за счет новой системы легирования и оптимизации режима упрочняющего старения значительно превосходят ее по коррозионной стойкости, причем это касается как основных деталей, так и сварных соединений.
Наибольшее распространение из материалов этого класса получила сталь ВНС-5 с пределом прочности 1380-1600 МПа. Из нее изготавливают силовые детали планеров МиГ и Су, а также шасси гидросамолета Конструкторского бюро им. Бериева. Применяют ее и в гражданской авиации (широкофюзеляжный самолет Ил-86 и аэробус Ил-96) - при производстве высоконагруженных болтов для крепления двигателя к фюзеляжу
Еще один представитель этого класса металлов - сталь СН-2А с пределом прочности 1100-1300 МПа. Она прекрасно зарекомендовала себя как материал для силовых, в том числе крепежных деталей, а также воздушных и кислородных баллонов, которыми оснащены все виды самолетов, включая морскую авиацию. Важнейшая особенность таких баллонов - при пулевом поражении они не разлетаются на осколки.
Сейчас в авиационной и ракетной технике все большее распространение находит новый вид топлива - водород и его окислитель - жидкий кислород, имеющий температуру - 253 градуса. Для работы в таких условиях в нашем институте разработали специальные высокопрочные коррозионностойкие стали (ВНС-25, ВНС-49, ВНС-59) с пределом прочности 1000-1400 МПа при комнатной температуре и 1700-2100 при 20 К (-253 градуса). Этот металл успешно применяют в различных жидкостно-ракетных двигателях, в частности, в самом мощном из них в мире марки PD-170 конструкции КБ "Энергомаш". Детали из этого материала - корпуса насосов и регуляторов подачи горючего - составляют 50-60% от их массы.
В качестве конструкционных материалов, а также для изготовления деталей редукторов и агрегатов, подвергаемых химико-термической обработке, ныне широко применяют среднелегированные и коррозионно-стойкие стали. Объясняется это тем, что в результате долгих изысканий удалось предложить технологию, обеспечивающую сочетание необходимых свойств поверхностного слоя изделия (высокие твердость, износостойкость, сопротивление усталости) и его сердцевины (пластичность, вязкость, технологичность и др.). Так, для тяжелонагруженных, крупномодульных шестерен редукторов разработана сталь ВКС-7 с карбонитридным упрочнением, обеспечивающая после химико-термической обработки глубину упрочняющего слоя до 2,5 мм и твердость больше 60 HRC, что обеспечивает высокую контактную выносливость при рабочих температурах до 250С (пока таких аналогов нет).
Отдельный разговор о вертолетах. Для них в нашем институте создана высокопрочная (до 1300 МПа), износостойкая, теплопрочная сталь ВКС-10. В отличие от серийных отечественных и зарубежных аналогов, работающих при температуре до 250 градусов, она выдерживает 450 градусов. Ее применение обеспечивает передачу больших крутящихся моментов, при которых в зоне контакта зубьев происходит локальное повышение температуры, и даже при нарушении подачи масла работа редуктора может продолжаться в течение 2 ч без аварии.
Все вышесказанное свидетельствует: в авиастроении сталь традиционно остается основным материалом, хотя и она, как, впрочем, и другие творения рук человеческих, требует дальнейшего совершенствования.
Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости - наибольшим напряжением, которое может выдержать материал без разрушения при заданном числе циклических воздействий.

Читайте также: