Проект "Использование металлов и сплавов в авиастроении"

ФЕСТИВАЛЬ УЧЕНИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ и ИССЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ-2023

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Основная  общеобразовательная школа п.Советский»

Искитимского района

Секция  -  Естественные науки, предмет - Химия    

Тип проекта – практико-ориентированный

        ПРОЕКТ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В АВИАСТРОЕНИИ

                                                                            Выполнил: Ильяшик Никита, уч-ся 9 «А» класса

                                                                            Руководитель: Павленко Ю.Ю.

Оглавление:

Введение ……………………………………………………………………… 3

Основная часть …………………………………………………………….…. 4

* Алюминий в авиастроении ………..…..…………………………………... 4

* Магниевые сплавы  …………………………………………..…..………… 5

* Титан в авиастроении ……………………………………………. ……..…..6

Заключение ………………………………………………………...………….. 7

Источники информации ………… …………………………………..……… 8

Приложения ………………………………………………….……………...... 9

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется авиастроению. Воздушные суда, как гражданские, так  и военные, представляют собой технику наивысшей степени развития инженерии, химии, компьютерных технологий и многих других наук. Обучаясь в школе, мы лишь поверхностно затрагиваем тему авиа-, машино-, судо-строения, хотя эти темы очень актуальны для обучающихся и способствуют возникновению не только мотивации к изучению этих предметов, но и выбору своей будущей профессии.

 Актуальность.
В настоящее время при изучении химии в 8 и 9 классах мы сталкиваемся с проблемой взаимосвязи науки и практики, а именно применение различных химических веществ на производстве. Меня очень интересует тема авиастроения, поэтому я задал себе вопрос: каким образом используются металлы и сплавы на их основе в авиастроении, ведь авиационная техника должна обладать определенными , очень жесткими характеристиками. Эта работа помогла мне ответить на мой вопрос

Цель:

1. Выяснить какие металлы и сплавы применяются в авиастроении.
2. Представить полученную информацию в виде стендового доклада для дальнейшего использования на уроках химии в 8 и 9 классах.

Задачи:

 1. Рассмотреть металлы, входящие в состав сплавов, которые применяются в авиастроении.

 2. Рассмотреть свойства сплавов, которые используются при производстве авиатехники.

 3. Наглядно представить полученную информацию с целью ее использования на уроках химии.

Основная часть проекта

Алюминий в авиастроении.

На авиационный алюминий приходится около 75-80% общей массы современного самолета. Обладает высокой пластичностью и хорошей коррозионной стойкостью. Из алюминиевых сплавов изготавливают кованые и штампованные детали сложной формы. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан.
Литейный сплав может содержать кальций, цинк, железо, кремний, цирконий, а также хром и титан. В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых сплавов относится к деформируемым, которые предназначены для последующей ковки и штамповки [1]. К деформируемым алюминиевым сплавам относится большое количество разных марок сплавов, самым известным из которых является дюралюминий (дюралюмин), в состав которого входит алюминий, медь, магний и марганец. Al – плотность 2,7 г/см³, так же он обладает повышенной пластичностью. Cu – легирующий элемент сплава (прочность),плотность 8,92 г/см³. Mg – плотность 1,738 г/см³,основной легирующий элемент (придает прочность, коррозионную стойкость и жаропрочность сплаву). Mn – до 0,5% (упрочняет сталь, делает её твёрдой и сопротивляющейся износу и ударам ). Деформируемые алюминиевые сплавы легко подвергается механической обработке и формовке без образования дефектов. Используется очень широко (Приложение 1). Литейные сплавы, как правило,  имеют достаточно высокую прочность и хорошую обрабатываемость. Типичные сплавы этой системы — сплавы В95 относятся к высокопрочным алюминиевым сплавам. Эффект высокого упрочнения обусловлен высокой растворимостью цинка (до 70 %) и магния (до 17,4 %) при температуре плавления сплава, но растворимость резко уменьшается при охлаждении. Существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость под воздействием механического напряжения [2]. Сплав В95 также широко используются в авиастроении (Приложение 2).

Магниевые сплавы.

Сплавы на основе магния - наиболее лёгкие металлические конструкционные материалы. Разработаны на основе систем Mg – Ме (металл); содержат в основном легирующие добавки Al, Zn, Mn, Li, Zr, а также редкоземельные металлы, Ag, Cd, Be и др. Общее количество добавок в магниевом сплаве может достигать 10–14% по массе. В магниевом сплаве вредными примесями являются Ni, Fe, Si и Cu, которые снижают их коррозионную стойкость [3]. Различают магниевые сплавы высокопрочные (прочность литейных сплавов до 300 МПа, деформируемых до 380 МПа), жаропрочные (применяемые для длительной эксплуатации при температурах до 250–300 °C), ультралёгкие (легированные литием, с повышенной коррозионной стойкостью (литейные на основе магния–алюминия–цинка–марганца). К недостаткам магниевых сплавов относятся опасность воспламенения при длительном воздействии температуры (свыше 300 °C для стружки и свыше 450 °C для изделий из магниевых сплавов) и пониженная коррозионная стойкость. В авиационной технике магниевые сплавы служат материалом для деталей крыла, колёс и систем управления [4]. Литейные магниевые сплавы используются для отливки различных изделий (Приложение 3). Для предотвращения горения при плавке или литье используются специальные флюсы и присадки. Флюсы - это неорганические вещества которые применяются что бы снизить температуру иного вещества. Деформируемые магниевые сплавы используются для производства полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой [5]. Это колёса и вилки шасси, двери кабин, детали планёра самолёта, различные рычаги, насосы, коробки передач и др. (Приложение 4)

Титан в авиастроении.

Титан — лёгкий серебристо-белый металл. Плотность титана составляет 4,54 г/см³. Титан сам по себе является прочным и легким металлом. Он прочнее обычных низкоуглеродистых сталей, но на 45% легче. Он также в два раза прочнее слабых алюминиевых сплавов, но всего на 60% тяжелее. Титан и его сплавы используются в самолетах, ракетных комплексах, где важны прочность, малый вес и устойчивость к высоким температурам. В авиастроении титановые сплавы используются для производства двигателей, шасси и других частей самолета [6].

Сплавы обладают очень высокой прочностью на растяжение и вязкостью (даже при экстремальных температурах). Они легки по весу, обладают исключительной коррозионной стойкостью и способностью выдерживать экстремальные температуры. Титановые сплавы обычно подразделяются на две основные категории:

1. Альфа-сплавы, содержащие только нейтральные легирующие элементы (такие как олово) и алюминий или кислород. Они не поддаются термической обработке [7]. Из этих сплавов делают обычно лопатки двигателя и компрессоры (Приложение 6)
2. Бета- и близкие к бета-сплавы, которые содержат молибден, кремний и ванадий), позволяющие сплаву быть более пластичным [7]. Примеры деталей из бета-сплавов – шасси самолетов (Приложение 7)

Многие сплавы также содержат титан в качестве второстепенной добавки, но поскольку сплавы обычно классифицируются в зависимости от того, какой элемент составляет большую часть материала, они обычно не считаются "титановыми сплавами" как таковыми [8].

Заключение.

Свойства металлов и их сплавов играют очень важную роль в авиастроении. Основными являются три элемента: на основе алюминия, магния и титана изготавливаются все ныне известные авиационные сплавы. Роль этих сплавов велика, так каждая добавка какого-либо определенного металла придает изделию свои характеристики, что в свою очередь придает деталям и составляющим частям авиационной техники важные свойства.

Всё это можно визуально и комплексно увидеть на моем стендовом докладе (Приложение 8).

Источники информации

1. https://ironplast.ru/o-materialah/deformiruemye-alyuminievye-splavy.html#:~:text=Группа%20металлов%20АL-Mg-%20Si%20называется,штампованные%20полуфабрикаты%2C%20лонжероны%2C%20винтовые%20лопасти 
2. https://studopedia.ru/6_136469_splavi-alyuminiya-primenyaemie-v-aviastroenii.html
3. https://prompriem.ru/splavyi/magnievye.html 

4. https://studfile.net/preview/9357938/page:2/

5.  https://ozlib.com/863371/tehnika/deformiruemye_magnievye_splav   

6. https://viam.ru/wrought_titanium_alloys
7. https://apni.ru/article/3999-sovremennie-titanovie-i-magnievie-splavi-prim
8. https://studopedia.ru/6_136465_primenenie-tsvetnih-metallov-i-splavov.html