Обоснование выбора цветного сплава для изготовления конкретного изделия

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Индивидуальное  домашнее задание по предмету: «Цветные металлы»

Тема: «Обоснование выбора цветного сплава для изготовления конкретного изделия» 
 
 
 
 

Выполнил: Ст.Гр. МТ-08

Поздняков А.Н.

Проверил: Проф. , д.т.н.

Горбатенко  В.П. 
 
 
 
 
 
 

Донецк 2011

Задание

Вариант № 7

     Исходя  из условий работы, изготовления изделия (каркас самолета, который летает с дозвуковыми скоростями) и требований к материалу (σ_в=450…550 Н/мм, σ_т≥300 Н/мм, δ≥18%, рабочая среда – влажный воздух, плотность не больше 4 г/см³) выполнить следующее:

     1.Выбрать  материал (конкретную марку сплава) для изготовления изделия и  обосновать его выбор, исходя  из рекомендаций по его применению.

     2.Привести  химический состав сплава, его  механические свойства и технологические  методы их обеспечения, а также  необходимые дополнительные свойства, которые характеризуют обеспечение  выполнения заданных условий  эксплуатации.

     3.Выполнить  анализ конечной структуры выбранного  сплава.

     4.Дополнительно  привести 1-2 материала, которые также  можно было бы использовать  для изготовления данного изделия  и назвать причину по которой предложен, выбранный ранее сплав.

 

       1 ВЫБОР МАТЕРИАЛА

       Для изготовления каркаса самолёта летающего с дозвуковыми скоростями, изготовленного методом холодной пластической деформации и свариванием, работающего во влажном воздухе выбираем дюралюминий марки Д16.

       Дюралюминий

       Дюралюми́ний — торговая марка одного из первых упрочняемых старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами являются медь (4,5 % массы), магний (1,6 %) и марганец (0,7 %). Типовое значение предела текучести составляет 450 МПа, однако зависит от состава и термообработки. [3]

       Первое  применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, с 1911 года — более широкое применение. Состав сплава и термообработка в  годы войны были засекречены. Благодаря  высокой удельной прочности дюралюминий  начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

       Плотность сплава 2500—2800 кг/м³, температура плавления  около 650 °C. Сплав широко применяется  в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твёрдостью, чем чистый алюминий).

       После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После  старения (естественного — при 20 °C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре  — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

       В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками  марганца — известны под общим  названием дюралюмины. В их число входят сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450—500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150—175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения. [6]

       Дуралюмин широко применяют во всех областях народного хозяйства, особенно в  авиации. Сплав Д16 в виде листов и  прессованных полуфабрикатов — основной материал для силовых элементов  конструкции самолетов (детали каркаса, обшивка, шпангоуты, нервюры, лонжероны, тяги управления) и других нагруженных  конструкций.[5] 

 

       2 СВОЙСТВА СПЛАВА

Обозначения:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Конечная структура  выбранного сплава в состоянии  использования выглядит так:

α

Кроме α-твердого раствора видны тёмные включения марганцовистой и железосодержащих фаз. 

4 ДРУГИЕ  МАТЕРИАЛЫ 

     Также кроме представленного выше материала  может использоваться и сплавы титана. Например, ПТ-7М. [9]

     Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля  композиционных материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает ресурс комплектующих изделий.

     Как видно из вышеперечисленного титан и дюралюминий имеют схожие прочностные, коррозионные и антифрикционными свойства. Однако титан является более дорогим компонентом. 

 

     ПЕРЕЧЕНЬ  ССЫЛОК

1. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др. / Под ред. Б.Н. 
   Арзамасова.- М.: Машиностроение. 1990.-688 с.

2. Промышленные цветные металлы и сплавы / А.П. Смиряпш, Н.А. Смирягина, В.М. Белова.-М.: Металлургия, 
   1974.-488 с.

3. Справочник по алюминиевым сплавам / Ю.Г. Гольдер, В.М. Гришина, В.Е. Дорохина и др. / Под ред. В.И. 
   Елагина.- М.: ВИЛС-1978,- 132 с.

4. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы.- М.: Металлургия, 1974.- 366 с.

5. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные сплавы. Справочное руководство.- М.: Металлургия, 
   19972.-551 с.

6. Металловедение алюминия и его сплавов. Справочное руководство / Под ред. И.Н. Фриндляндера.- М.: 
   Металлургия, 1971.-353 с.

7. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов.- М.: Металлургия, 1971.- 488 с.
8. http://www.splav.kharkov.com/mat_start.php?name_id=1438
9. http://www.splav.kharkov.com/mat_start.php?name_id=1295