книга (Бакастов С.С., Маркелов П.П., 1941 - Авиационное материаловедение)

Воеииижеиер 1 ранга С. С. БАВАСТОВ Воеииижеиер 2 ранга П. П. МАРБВЛЛОВ АВИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Второе ионровленное нэданне ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НАРОДНОГО КОМИССАРИАТА ОВОРОНЫ СОЮЗА ССР Москва — 1 9 4 1 Военинженер 1 ранга С. С. Баиаетов Военинженер В ранга П. П. Мариеллов вАВИАЦИОЫНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ" Второе нонраеленное изданье В книге систематваированы материалы, необходимые для изучения авиационного материаловедения.

Книга предназначена для авиационных техников ВВС Красной Армии. Редактор военинженер я ранга Цыеу.вее А. г7. Ге 7. цокииоако к лочаги 8.3Л!, Объем 18,5 и. и,, 18,34 уч.-авв. л. 38.880 аи. в! и. и. ко в 1.а вилограоии Вооииого ивя-ва НЕГО имвик С. К.

тимошвигго ХГооква, р . Скворцова-Сввваиов», К, 3. Заков № 773 ГЛАВА ПЕРВАЯ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ й 1. -Общие свойства металлов Стремление увеличить полезную нагрузку самолета за счет уменьшения веса конструкции самолета и мотора обусловливает необходимость применения прочных и легких материалов. Возможность использования в авиастроении того или иного металла или сплава определяется его физическими, химкческими, механическими и технологическими свойствами. К ф и з и ч е с к и м свойствам металлов относятся: удельный вес, температура плавления, коэфициепт теплового расширения, тепло- и электропроводность, способность к намагничиванию и др.

Химические свойства металла характеризуют его стойкость против коррозии под действием воздуха, воды и водных растворов кислот, щелочей н солей. К м е х а н и ч е с к и м свойствам металлов относятся: крепость (включая понятия о пределах упругости, пропорциональности, текучести и временном сопротивлении), пластичность, или тягучесть, твердость, сопротивляемость ударным нагрузкам (ударная вязкость) и стойкость против усталости под действием переменных нагрузок. Т е х н о л о г и ч е с к и е свойства металла обусловливают его способность подвергаться той или иной обработке в холодном или горячем состоянии. Сюда относятся: а) к о в кость, т.

е. способность металла изменять свою форму под действием ударов молота; б) пластичность — способность металла деформироваться под действием давления в процессе прокатки, прессовки, протяжки и волочения; в) свариваемость, т. е. способность металлических частей, нагретых до температуры плавления, соединяться в одно целое; г) литейные качества, выражающиеся в способности расплавленного металла хоро|по заполнять формы и давать плотные отливки без раковин, пузырей и трещин при минимальной усадке; д) термические качества, т.

е. способность ме. галлов и их сплавов изменять механические и физические свойства под влиянием термической (тепловой) обработки. Только в самых редких случаях встречаются металлы или сплавы, которые совмещают в себе одновременно различные хорошие технологические свойства. Обычно же бывает так, что, например, металлы, обладающие хорошей ковкостью и пластичностью, дают плохие отливки. Йаоборот, металлы или сплавы, имеющие хорошие литейные качества, в большинстве случаев не поддаются обработке давлением. Хорошей свариваемостью обладают лишь очень немногие металлы, к числу которых относятся в первую очередь железо и сталь с неболыпим содержанием углерода. Напболее широкое применение в самолето- и моторостроении имеют следующие металлы и сплавы: а) простые углеродистые стали; б) специальные, или легированные, стали с добавкой хрома, никеля, вольфрама, молибдена и других элементов; в) медь и ее сплавы (латуни и бронзы); г) алюминий и его сплавы (дуралюмин, силумин и многие другие); д) сплавы на основе магния, называемые электронами; е) сплавы олова, меди и сурьмы (баббиты).

Что касается чугунов, то они применяются только для изготовления поршневых колец авиамоторов. й 2. Строение металлов Чистые металлы и их сплавы в твердом виде представляют собой кристаллические тела, состоящие из зерен (кристзллитов), тесно прилегающих друг к другу (фиг. 1). Кристаллическое строение металлов и сплавов ясно наблюдается на поверхности их изломов. О кристаллическом строении металлов можно также судить по наличию дендритных (древовидных) кристаллов правильных очертаний, образующихся в усадочных раковинах боль- ших слитков при медленном их охлаждении. Признаки дендритного строения иногда можно видеть и на поверхности застывших слитков.

С особенной наглядностью зернистое строение металлов и сплавов обнаруживается при рассмотрении под микроскопом так называемых микрошлифов. Последние представляют собой образцы металлов, приготовленные для исследования под микроскопом. Микрошлиф имеет отполированную поверхность, протравленную соответствующим травителем. Под микроскопом на поверхности шлифа обнаруживаются фигуры различной формы и величины (см. фиг.

1). Этн фигуры представляют собой зерна, а линии, ограничивающие ' . -!';:; —;-'.+ их, являются следом пере- „,.-".':,'"-':~~'~,. ~.,м „-. сечения граней зерен с плоскостью шлнфа, Структура металлов н сплавов, видимая невооруженным глазом или через лУпУ с Увеличением не свы-,::-:.:ассс,: ' ' '' Ра.

ше 10 раз, называется м- акроструктуро. Стру- х зее ктура же, которая обнаруживается только под метал- фиг. к зернистая структура ломикроскопом (с отражен- металла ным светом), называется м н к р о с т р у к т у р о й. Современные металломикроскопы позволяют получать увеличения в пределах от 100 до 7 000 раз и выше. Образование зерен происходит в процессе перехода металла нз жидкого состояния в твердое.

Этот процесс протекает следующим образом. В жидкой массе металла или сплава, охлажденного до температуры затвердевання, возникают так называемые центры кристаллизации, представляющие собой первые зародыши кристаллов. Число зародышей, образующихся в единицу времени, принято называть числом центров кристаллизации. Около каждого такого центра группируются атомы металла, 'располагаясь в строго определенном порядке, наподобие кирпичей в каменной кладке. ' Знак «ХГ50» показивает, что шлиф сфотографирован через микроскоп при 150-кратном увеличении. Таким образом, каждый зародыш постепенно обрастает твердым металлом и увеличивается в размерах. Рост кристаллов совершается с определенной скоростью, называемой «скоростью кристаллизации». Процесс кристаллизации кончается тогда, когда отдельные крис сталлы, растущие в разных направлениях навстречу друг другу, заполнят все промежутки и достигнут взаимного тесного соприкосновения.

Вследствие того что кристаллы к концу своего роста оказываются окруженными соседними плотно прилегаю- Фнг. 2. Схема процесса образования вереи: 1 — оеравование центров нрнсгалливации; у, 3,  — рост нристаллов; 6 — теснота мешает нристелтам нриннть правильную формуз 6 — верна щими кристаллами, они приобретают неправильную внешнюю форму, несмотря на правильность своего внутреннего строения (правильность расположения атомов). Такие неправильной формы кристаллы получили наименование зерен или кр и стал литов.

Картина постепенного роста зерен при затвердеванин жидкого металла представлена иа фиг. 2. Величина зерен, образующихся при затвердевапии расплавленного металла или сплава, зависит от многих факторов и прежде всего от скорости охлаждения. При очень быстром охлаждении зерна получаются более мелкими. В случае медленного охлаждения зерна достигают более крупных размеров. Как общее правило следует указать, что чем мельче зерна, тем выше механические качества металлов и сплавов. Крупнозернистая структура, наоборот, свидетельствует о малой крепости и вязкости металла.

Такая структура часто встречается в литых изделиях. Для получення мелкозернистой структуры в литейной практике применяют различные способы, позволяющие увеличить скорость охлаждения жидкого металла: отливка производится в металлические формы (изложницы), изготовляются специальные приспособления для отвода тепла от изложниц и т. д.

Мелкозернистую структуру и высокие механические свойства металлические изделия получают в результате холодной илн горячей механической обработки — ковки, штамповки, прокатки и пр. Кроме этого, у некоторых сплавов, как например у сталей, мелкозернистую структуру можно получить не только механической, ио и термической (тепловой) обработкой. В отличие от металлов такие материалы, как стекло, различные смолы и т. д., имеют не кристаллическое, а аморфное строение. Аморфные тела представльют собой загустевшие жидкости с беспорядочным (хаотическим) расположением атомов, й 3.