Какой металл называют крылатым
Перейти к содержимому

Какой металл называют крылатым

  • автор:

«Крылатый» металл алюминий

«Крылатый» металл алюминий

Человечество всегда стремилось расширить границы возможного. Небо, такое близкое и в то же время далекое, манило людей во все века. Но как подняться туда? Каким должен быть аппарат, способный преодолеть земное притяжение?

Люди столетиями искали ответы на эти вопросы и постепенно находили недостающие фрагменты – знания, материалы, которые, сложенные вместе, позволили сделать шаг вверх. И одной из самых важных частей этой мозаики стал алюминий, химический элемент Периодической системы Менделеева с «несчастливым» номером. Легкий, прочный и пластичный, он оказался идеальным материалом для создания управляемых летательных аппаратов.

Об истории металла и его современном применении – в нашем материале.

Само слово «алюминий» происходит от латинского alumen, то есть кристаллогидраты двойных солей алюминия с калием, натрием, аммонием, или, как их еще называют, квасцы. Человечество издревле использовало такие квасцы в медицине в качестве антисептика, для отбеливания тканей и других целей.

Алюминий – один из самых распространенных элементов земной коры, по этому показателю он занимает третье место после кислорода и кремния, а среди металлов – первое. В природе этот металл в чистом виде не встречается, в основном его получают из алюминиевой руды. Производители чаще используют такие ее виды, как бокситы, алуниты и нефелины. В числе мировых лидеров по добыче алюминия – Китай, Австралия, Бразилия, Гвинея, Индия и Россия.

16744342.jpg

Синтез безводного хлорида алюминия (AlCl3), сделанный Хансом Эрстедом. Репродукция из датского учебника 1853 года

Первым, кому удалось получить алюминий, был датский физик Ханс Эрстед. Произошло это в 1825 году. Новый металл ученый описал так: «Похож на олово, имеет металлический блеск и несколько сероватый цвет и очень медленно разлагается в воде». Но это пока был только единичный случай. Следующий шаг к массовому производству алюминия произошел спустя несколько десятилетий, во второй половине 1850-х годов, и пальма первенства в этом принадлежит французскому физикохимику Анри Девилю. Впрочем, предложенный им метод не позволял выпускать алюминий в промышленных масштабах. Это стало возможным только с изобретением в 1880-х годах электролитического метода производства металла, авторами которого называют Чарльза Холла и Поля Эру. И сегодня практически весь первичный алюминий получают таким способом. По-настоящему же промышленное производство развернулось только в начале XX века.

За что же люди так полюбили этот металл? Причин тому несколько. В природе он встречается в большом количестве, следовательно, можно говорить о его относительно невысокой цене. Он легко поддается литью и механической обработке. Кроме того, алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стоек к коррозии, а главное, легок и прочен и, таким образом, идеально подходит для производства летательных аппаратов. Неслучайно его еще называют «крылатым» металлом. Например, основные детали двигателя летательного аппарата «Флайер-1», на котором братья Райт в 1903 году совершили полет, были отлиты из алюминия.

Wrightflyer.jpg
Первый успешный полет самолета братьев Райт

В современном же самолете на алюминий приходится около 75-80% от общей массы. Это фюзеляж, закрылки, крепежные системы, элементы крыла и хвостовой части, двери и пол, каркасы пилотных и пассажирских сидений, турбины двигателей – везде присутствует алюминий.

Для получения более высоких характеристик, например, прочности, авиастроители используют сплавы алюминия с другими элементами. Один из самых известных – дюралюминий, сплав алюминия с медью, магнием, марганцем. Закаленный, он становится особо твердым, примерно в семь раз прочнее чистого алюминия и почти втрое легче железа. Распространены также силумины – сплавы алюминия с кремнием.

Алюминиевые сплавы отличаются небольшой плотностью (2500-2900 кг/м 3 ), высокой прочностью (до 500-600 МПа), коррозийной стойкостью, технологичностью при литье, сварке. В авиации в основном востребованы сплавы серий 2ххх, 3ххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Первая, например, хорошо подходит для работы при высоких температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы же серии 7ххх нужны для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Наибольшее распространение получил сплав 7075 − алюминий, цинк, магний и медь, самый прочный из всех алюминиевых сплавов, сравнимый по этому показателю со сталью, но в три раза ее легче.

8uackmv60lrj051tge755tid3xkhd9mu.jpg

Авиаконструкторы продолжают поиски новых материалов, которые бы превзошли алюминий по легкости и прочности. В частности, своеобразным конкурентом можно считать углеродное волокно. Так, фюзеляж лайнера Boeing 787 Dreamliner полностью изготовлен из композиционных материалов, однако производство таких самолетов экономически затратнее в сравнении с алюминиевыми «собратьями». Кроме этого, углеволокно не обеспечивает нужного уровня безопасности.

Не обойтись без алюминия и при производстве космических аппаратов. Так, корпус первого искусственного спутника Земли, запущенного в нашей стране в 1957 году, был выполнен из алюминиевого сплава. В современных космических кораблях до 90% веса приходится на конструкции из алюминиевых сплавов. Нужен этот металл и для работы твердотопливных ракетных ускорителей, которые разгоняют первую ступень космических кораблей.

Крупнейший в мире производитель титана , еще одного незаменимого для авиации металла, − корпорация ВСМПО-АВИСМА – когда-то начинал с выпуска полуфабрикатов из алюминиевых сплавов для самолетов. Здесь производили алюминиевые профили для большого количества моделей советской авиатехники. Сегодня алюминиевый дивизион корпорации включает в себя производство слитков, прессованных профилей, панелей, труб, а также холоднодеформированных труб и труб для атомной промышленности.

j6xsk6yh9zzrfmi80ptwf8x5ctslvdqx.jpg

Применяется алюминий и в других отраслях промышленности, например автомобилестроении, где из него делают радиаторы системы охлаждения двигателя, колесные диски, бамперы, блоки цилиндров двигателя и детали кузова – капоты, двери.

По достоинству оценили преимущества алюминия и железнодорожники: алюминиевые вагоны применяются для перевозки угля, различных руд и минералов, а также зерна, в вагонах-цистернах перевозят кислоты. Существуют также вагоны для перевозки готовых товаров, например новых автомобилей.

Наконец, применяется алюминий при изготовлении современных морских судов. Только здесь используют специальный «морской алюминий», содержащий до 6% магния, что придает материалу особую коррозийную стойкость.

События, связанные с этим

Раз мотор, два мотор: сколько двигателей нужно самолету

Какой металл называют «крылатым» и почему?

Алюминий — самый распространенный в природе металл: он занимает третье место после кислорода и кремния, а среди металлов — первое.

Но в чистом виде алюминий в природе не встречается. Зато его очень много в различных соединениях с другими химическими элементами. Алюминий содержится в полевом шпате, слюде, глине. И название своё металл получил от латинского слова alumen, которое переводится как «квасцы». Квасцы представляют собой соли алюминия. Они встречаются в природе, и еще в древности алумены использовали в самых разных областях — в медицине, искусстве (для производства красителей), строительстве. Ученые эпохи Возрождения считали, что квасцы были солью в составе глинозема. В 1782 году французский химик Лавуазье предположил, что квасцы — это оксид какого-то неизвестного металла.

Алюминий в чистом виде впервые получил датский физик Ханс Эрстед в 1825 году. Французский химик Анри Сент-Клер научился получать его путем электролиза и разработал промышленный способ получения алюминия.

Анри Этьен Сент-Клер Девиль

Анри Этьен Сент-Клер Девиль

Процесс выделения этого металла из других соединений довольно сложный и дорогостоящий, поэтому алюминий долгое время считался металлом дорогим и редким. Зато после открытия новых методов получения чистого алюминия он стал самым дешевым из цветных металлов.

Главное свойство алюминия — легкость. Он почти втрое легче железа, более чем в три раза легче меди и в четыре раза — свинца. Но сам по себе алюминий — мягкий металл. Если вы когда-нибудь держали в руках алюминиевую проволоку, вы знаете, как легко ее гнуть и ломать. Но уже в конце 19 века было обнаружено, что сплавы алюминия с другими металлами обладают высокой прочностью, оставаясь при этом лёгкими.

Статуя бога взаимной любви Антероса на площади Пикадилли в Лондоне

Статуя бога взаимной любви Антероса на площади Пикадилли в Лондоне —
первая крупная скульптура из алюминия

Для повышения прочности алюминия к нему добавляют такие металлы как цинк, медь, магний, а также кремний. Эти сплавы по использованию в промышленности занимают второе место. Они значительно облегчают мосты и линии электропередачи, строительные конструкции. Алюминиевые сплавы широко используют как в каркасах зданий, так и для отделки. Благодаря алюминию здания получаются более легкими, а это особенно важно при строительстве крупных объектов, например, небоскрёбов.

В 70-х годах 20 века из алюминия стали производить банки для напитков.

Алюминиевые банки

Алюминиевые банки

Алюминий хорош тем, что прекрасно поддаётся вторичной переработке, причем перерабатывать его можно практически бесконечно: 75% алюминия, который был когда-либо произведён, используется до сих пор.

Особенно незаменим этот легкий металл и его сплавы при строительстве самолетов, ракет и искусственных спутников. Его применение намного уменьшает вес современных летательных аппаратов. Оболочка первого в мире искусственного спутника Земли была изготовлена из сплавов алюминия.

Первый искусственный спутник Земли

Первый искусственный спутник Земли

Теперь вы понимаете, почему алюминий называют «крылатым» металлом?

Дюраль — крылатый металл большевиков

«Крылатый металл» — это сплав, состоящий из алюминия, меди, магния и марганца. Общепринятое название — дюраль, дюралюмин или дюралюминий. Своим появлением сплав обязан немецкому физику Альфреду Вильму, который изобрел дюралюминий в 1903 году, определил точный состав и получил патент.

Металл обеспечил индустриальный прорыв в Советском Союзе — он был основой для производства самолетов в военное время 1941 — 1945 годов.

Дюралюминий в авиации

Специфика названия

Дюраль называют «крылатой», «самолетной», «авиационной», что неудивительно — развитие авиации напрямую связано с данным изобретением. Так, без дюралюминия не обходится авиационная и космическая промышленность, металл входит в состав ракетного топлива, его свойства методично развиваются за счет постоянного усовершенствования сплава.

Фактически, «крылатый металл» — это алюминий с дополненным составом в целях улучшения прочности и других качеств материала.

Появление «крылатого» сплава

Немецкий инженер-металлург Вильм изобрел дюралюминий практически случайно — в начале XX века велись разработки и поиск облегченного металла для производства летательных аппаратов. В попытках создания подходящего сплава опытным путем был создан материал на основе алюминия, в который входили:

  • 1,5% меди;
  • 2,8% магния;
  • 1% марганца.

Металл стал базовым для авиации, первый выпуск осуществлялся на немецком заводе Durener Metallwerke Aktien Gesellschaft. До изобретения дюралюминия в авиационной промышленности использовали алюминий, свойства которого не удовлетворяли конструкторов.

После изобретения выпуск «крылатого металла» производился в ограниченном количестве для изготовления дирижаблей с 1910 года. Индустриальный прорыв произошел с появлением самолетов — первый фюзеляж и крылья производили из дюралюминия.

Свойства и характеристики

Популярность дюралюминиевого сплава обусловлена легкостью, которая считается приоритетной в производстве авиационной техники. Также металл отличается устойчивостью к высоким температурам и повышенной твердостью.

Изготовление сплава состоит из этапов:

  • получение состава с примесями посредством плавления;
  • нагрев до 500 °C;
  • резкое охлаждение в течение 4 — 5 дней при комнатной температуре.

Способ называют старением металла. Он обеспечивает прочность и гибкость материала при внушительной твердости.

Дюралюминий в Советском Союзе

Появление «крылатого металла» стало прорывным для авиастроения СССР. До начала 1930-х годов советские самолеты постоянно нуждались в ремонте из-за быстрой коррозии. Если от непрактичной тяжести крыльев постепенно избавлялись благодаря появлению базового дюралюминия, то коррозия стала неприятным моментом для авиаконструкторов. В 1932 году большевики разработали специальное оксидное пленочное покрытие металла, предохраняющее от окисления — это стало рывком в развитии советского авиастроения.

С начала войны появилась проблема — алюминия катастрофически не хватало для производства военных самолетов. В результате часть заводов по производству была оккупирована, остался только Уральский. Ситуация разрешилась благодаря американскому ленд-лизу и наращиванию выпуска на Уральском заводе. В послевоенное время производство дюраля расширилось — авиация, машиностроение, трубопрокат, космонавтика, металлургия и другие отрасли промышленности не обходятся без дюралевых сплавов.

Дюралюминий в Советском Союзе

Развитие и применение

«Крылатый металл» универсален, подходит для авиации, космонавтики и других нужд. Не прекращаемое усовершенствование состава алюминиевого сплава — это индустриальный прорыв, который не прекращается в течение нескольких десятилетий. Кроме авиастроения и освоения космоса дюраль применяется в производстве бурильных установок и прочих направлениях металлургии.

Прочность, улучшенный состав и устойчивость к высоким температурам помогает использовать дюралевый алюминий в составе ракетного топлива, изготовлении трубопроводов, деталей для машиностроения, электроники. «Крылатый металл» универсален и подходит для современных технологий.

Крылатый металл

Почему алюминий называли крылатым? Всё просто – с его помощью делают летательные аппараты: самолёты и даже космические корабли. Дело в том, что алюминий сочетает в себе стратегически важные качества: лёгкость, прочность и пластичность. Сегодня алюминий производят в огромных масштабах. За 4 квартал 2019 года один только «РУСАЛ» выпустил 949 тысяч тонн.

Но во время войны добыча алюминия оказалось под угрозой. Работал только Уральский алюминиевый завод. Волховский, Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глинозёмный завод остановили работу под бомбёжками, а оборудование с них отправилось в Свердловск и Каменск-Уральский. Производство удалось наладить: в 1941 году на Урале выпустили 31 тысячу тонн алюминиевых сплавов, а в 1945 уже 71,5 тысяч тонн!

Благодаря этому стало возможно массовое производство новых самолётов – «Як-9». Похожий с виду на деревянных предшественников, он был гораздо прочнее и легче: мог брать на борт больше топлива или боеприпасов и подвергаться модификациям. «Як-9» мог быть истребителем, бомбардировщиком, перехватчиком, самолётом эскорта или разведчиком. Всего на боевые вылеты отправилось 14 579 машин.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *