Конструкционные материалы, из которых изготавливают самолеты, прошли стремительную эволюцию вместе с развитием самой авиации. От полотняных аэропланов в начале прошлого века до современных стальных птиц. За 100 лет существования авиации, материалы, из которых изготавливают авиалайнеры, существенно изменились.

Самые первые самолеты (братьев Райт, США – 1903 г.; «Вуазен», Франция – 1905г; «Блерио», Франция – 1906 г.; «Рой», Англия – 1908 г.) изготавливались из тонких стальных труб, обтянутых материей, или имели деревянную конструкцию и полотняную обшивку поверхностей. Следующим шагом совершенствования конструкций самолета следует считать замену тканей на обшивку фанерой. Для повышения прочности фанерных конструкций, их стали делать в несколько слоев, скрепленных клеем.

Однако, деревянные конструкции были довольно неуклюжими, имели большое сопротивление во время полета. С увеличением скоростей самолетов, повышением нагрева конструкций и элементов двигателей, их использование стало небезопасным. Конструкторы стали постепенно заменять деревянные детали на металлические. Но полностью металлические самолеты появились не сразу.

Несовершенная технология производства металла на первых этапах его применения в авиации, делала конструкции из него, тяжелее деревянных, поэтому переход на металл происходил не быстро. Первые пробные аэропланы целиком из металла были изготовлены немцами в начале второго десятилетия прошлого века. По весу они превышали деревянные конструкции в несколько раз, и их летные данные оставляли желать лучшего.

Большинство аэропланов, использовавшихся в Первой мировой войне (1914-1918 гг.), были деревянными с тканевой обшивкой.

После войны основной причиной развития металлических самолетов послужило появление пассажирской авиации, потребовавшей производства большого количества самолетов с длительными сроками эксплуатации. Деревянные конструкции набухали под действием неблагоприятных атмосферных явлений (влаги, температуры). При определенных условиях они начинали подгнивать. Все это приводило к их быстрому выходу из строя, и не удовлетворяло требованиям гражданской авиации.

Ученые многих стран трудились над совершенствованием металлических материалов для авиастроения и технологии их изготовления. В СССР, одним из основоположников металлического самолетостроения стал знаменитый авиаконструктор Андрей Николаевич Туполев.

В 30-е годы прошлого столетия металл почти полностью вытеснил дерево в конструкции самолетов. Однако деревянные конструкции еще некоторое время применялись в отдельных случаях. В частности, в конструкциях советских истребителей Лагг-3, И-16, Як-1 и других, участвовавших в Великой Отечественной войне, использовались деревянные элементы. Это было сделано из соображений экономии, так как деревянные конструкции в изготовлении обходились дешевле металлических.

С появлением реактивной авиации в 50-х годах прошлого века, деревянные конструкции самолетов перестали использоваться.

Нагрузки, воздействующие на самолет

Чтобы понять, из чего делают самолеты, необходимо рассмотреть их отдельные конструктивные составляющие и выяснить, какие нагрузки приходятся на каждую из них. К основным частям конструкции самолета относятся:

• фюзеляж;
• крылья;
• хвостовое оперение;
• двигатель;
• шасси.

Каждая из этих частей самолета имеет свое функциональное назначение. Фюзеляж самолета объединяет все элементы конструкции в единое целое. Крыло создает подъемную силу. Двигатели создают необходимую для полета тягу. Хвостовое оперение обеспечивает аэроплану горизонтальную и вертикальную управляемость. Шасси необходимы для совершения взлета и посадки.

В процессе полета и на земле все эти составные части самолета испытывают разнообразные, характерные только для них нагрузки.

Все нагрузки, которые приходится выдерживать самолету подразделяются:

• нагрузки от воздействия набегающего потока воздуха при различных скоростях полета самолета и при его маневрах (подъемная сила и сила лобового сопротивления);
• весовые нагрузки, за счет веса бортового оборудования, топлива, пассажиров, полезного груза, двигателей, шасси и др.;
• инерционные нагрузки, связанные с инерцией, которую набирают элементы конструкции самолета и груз при изменении скоростей;
• термические нагрузки, возникающие под воздействием скоростного напора воздуха, а также внутри работающего двигателя.

Для современных реактивных самолетов важна также и звуковая нагрузка, которая возникает при работе двигателя.

Потому как прилагаются эти нагрузки их можно подразделить на те, что влияют сразу на многие части самолета, и на те, что сосредоточены в определенном месте. Кроме того, есть нагрузки, которые действуют постоянно, с определенной динамикой или частотой.

Исходя из учета влияния указанных нагрузок на конкретные составные части самолета, выбираются материалы, из которых они изготавливаются. Однако, есть одно свойство, которое применимо ко всем без исключения материалам, это их максимально легкий вес при прочих равных достоинствах.

Материалы, из которых делают самолет

К основным материалам, из которых делаются самолеты, относятся различные металлы, их сплавы и композиционные материалы. Рассмотрим подробнее принципы работы с этими материалами.

Алюминий

Большая часть конструкции самолета изготавливается из алюминия и его сплавов. Он идеально для этого подходит, прежде всего, из-за своего небольшого веса, а также из-за широких возможностей менять свои свойства в сочетании с различными добавками.

Так, для изготовления планеров, подвергающимся небольшим аэродинамическим нагревам, используется дуралюмин, представляющий собой высокопрочный алюминиевый сплав с примесью меди, марганца и магния. Для температурно нагружаемых оболочек планера и силовых элементов скелета самолета используются сплавы алюминия повышенной жаропрочности, с добавлением магния. Такие сплавы также используются для изготовления отдельных элементов конструкции двигателя, работающих в умеренном тепловом режиме (лопатки, крыльчатки, диски компрессора первого контура).

Алюминиевые сплавы с добавлением кремния применяют для литья сложных по форме деталей, с небольшой нагруженностью. Эти сплавы обладают хорошей текучестью и заполняемостью в нагретом состоянии. Из них изготавливают: кронштейны, рычаги, фланцы. Их также используют для изготовления некоторых деталей двигателя: корпуса компрессоров, картеры, различные патрубки и др.

В общей сложности на алюминиевые конструкции самолета приходится до 80% от его общей массы.

Титан

Титан и титановые сплавы представляет особый интерес в авиастроении, в первую очередь, из-за своих возможностей выдерживать высокие температуры.

Из титана изготавливаются корпуса сверхзвуковых самолетов, передние края крыльев и стабилизаторов. Титановые сплавы широко применяются в конструкциях шасси, узлах крепления закрылков, в силовых элементах. В реактивных двигателях из титана изготавливаются детали, подвергающиеся высокотемпературным нагрузкам: лопатки компрессоров и диски компрессоров второго контура, кожухи камер сгорания, сопла реактивных двигателей.

Сталь

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Она довольно широко используется при изготовлении самолетов. В авиации в основном применяется конструкционная сталь с содержанием от 0,05 до 0,55% углерода. Из стали изготавливают отдельные элементы силового набора конструкции, детали шасси, болты, заклепки. Жаропрочная сталь идет на изготовление обшивок самолетов, развивающих большие скорости.

Композиционные материалы

Широкое применение при производстве самолетов нашли композиционные материалы (композиты), представляющие собой основу и распределенные в ней армирующие материалы. В качестве армирующих материалов используются органические волокна, а в качестве основы - различные металлические сплавы.

Детали, изготовленные из композитов, обладают небольшим весом, могут выдерживать высокие температуры. Их используют для изготовления обшивок крыла, оперения, створок шасси, радиопрозрачных обтекателей и др.

При рассмотрении материалов, из которых делаются самолеты нельзя забывать и о таких важных материалах, как резина и пластмассы. Резина применяется при изготовлении колес шасси, трубопроводов, шлангов, прокладок, уплотнителей, амортизаторов. Различные по своим свойствам пластмассы применяются для изготовления силовых элементов конструкции самолета, остекления кабины пилота, декоративной отделки пассажирского салона, в качестве электро- и теплоизоляции. Химически стойкие пластмассы используются для изготовления топливных баков.

Пожалуй, мы рассмотрели все основные наиболее используемые для производства самолетов материалы. То, из какого металла делают самолеты, во многом отражается и на их летных возможностях. Так, легкие алюминиевые сплавы используются для производства планеров дозвуковых самолетов, титан и сталь – для достижения сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей.

Для всех авиационных материалов важной характеристикой является их технологичность, то есть способность их изготовления серийно, а не только в одном экземпляре. Самолеты производятся большими партиями, все их детали изготавливаются многократно. В ходе повторяющегося процесса изготовления они не должны терять своих основных свойств.

Для этого разрабатываются специальные технологические процессы, которые представляют собой последовательные изменения свойств материала на различных этапах его производства, вплоть до его получения с заданными свойствами. Все основные технологические процессы по изготовлению материалов для самолетов стандартизированы, что гарантирует их производство с одинаковыми свойствами. Изготовление авиационных материалов, основных конструктивных частей самолета и его окончательная сборка производятся на авиастроительных заводах.

Основные авиазаводы России

Чтобы увидеть, где в России делают самолеты, нужно открыть карту. География расположения авиазаводов на территории России представлена весьма разнообразно, от западных границ до Дальнего Востока.

Иркутский авиационный завод

В Южном административном округе, в Ростове –на-Дону и в Таганроге производят вертолеты Ми-26, Ми-28, Ми-35, самолеты-амфибии Бе-200. В Московской области – МиГ-29, Ил-103. В Центральной части России, в Воронежской и Смоленской областях - Ил-96-300, Ан-148, Ил-96-400, Ил-112, Як-18Т, СМ-92Т. На Волге расположены заводы по производству Ан-140,Ту-204, Ил-76, Ан-140, МиГ-29, МиГ-31, МиГ-35. В Республике Татарстан делают Ту-214, Ансат, Ми-17, Ми-38. В Сибири - Су-34, Су-30, Як-130, МС-21, Як-152, Су-25УБ, Су-25УБМ, Ми-8АМТ, Ми-171, Ми-171А2, Ми-8АМТШ. В республике Башкортостан – Ка-226, Ка-27, Ка-31, Ка-32. На Дальнем Востоке расположено производство Сухой Суперджет-100, Су-27, Су-30, Су-33, Су-35, Т-50 (ПАК ФА) и вертолетов Ка-52, Ка-62.

Резюме

Широта представленных авиазаводов по территории России, а также номенклатура изготавливаемой техники, говорит о развитом авиастроительном производстве России. Основы его были заложены знаменитыми учеными, конструкторами и инженерами прошлого века. В наше время новое поколение разработчиков авиационной техники успешно продолжает начатое ими дело. Иллюстрацией этому служат новые российские разработки самолетов и вертолетов, признанные во всем мире.

Всего лишь около 200 лет назад был открыт алюминий, нашедший свое применение в различных сферах нашей жизни. Алюминий отличается легкостью, тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, технологичностью. Большие запасы этого металла, а также прекрасные физико-химические свойства делают его незаменимым в современных условиях. Чаще применяют алюминиевые сплавы, а в чистом виде он используется крайне редко.

Спонсор размещения P&G Статьи по теме "Что делают из алюминия" Как согнуть алюминиевый профиль Как заварить алюминий Как определить бронзу Применение в авиации

Дюралюминий - сплав алюминия с медью и магнием, относится к основному конструкционному материалу в авиации. Применение этого материала способствует уменьшению собственной массы воздушного судна и улучшению его характеристик. В самолетостроении из высокопрочных алюминиевых сплавов изготавливают обшивку, киль, фюзеляж, крыло и др.

Алюминиевые сплавы, благодаря высоким показателям удельной прочности и жесткости, используют для изготовления объектов космической техники. Это носовая часть, баки и межбаковые части ракеты. Замечательное свойство алюминия и его сплавов - увеличивать прочность и пластичность при понижении температуры. А это свойство очень важно при контакте алюминия с жидким кислородом, гелием и водородом.

Применение в электротехнике

В электротехнической промышленности без алюминия и его сплавов не обойтись при производстве кабелей, конденсаторов, шинопроводов, выпрямителей переменного тока.

Алюминий используется не только как проводниковый материал для передачи электроэнергии на значительные расстояния. Не так давно, благодаря коррозионной стойкости и легкости, стали применять алюминиевые сплавы для опор линий электропередач.

Применение в нефтяной, газовой и химической промышленности

Здесь из сплавов алюминия изготавливают трубопроводы, емкости для хранения нефтепродуктов, работающие под давлением сосуды, узлы и детали нефтегазопромысловых изделий и другое специальное оборудование. Применение алюминиевых сплавов позволяет значительно уменьшить вес бурильного оборудования, упростить его транспортабельность и т.п.

Коррозионная стойкость сплавов на основе алюминия повышает эксплуатационную надежность бурильных, нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб. Основным конструкционным материалом для изготовления бурильных труб является дюралюминий Д16.

Применение в строительстве

Воплотить интересные архитекторские задумки в жизнь помогают алюминиевые профили и листовой алюминий. Возведенные алюминиевые конструкции характеризуют легкость, коррозионная стойкость и прочность. В гражданском и промышленном строительстве используют алюминиевые перекрытия, легкие балки, фермы, колонны, ограждения. А также оконные рамы, лестницы, перила, детали вентиляционных систем и т.п.

Применение в судостроении

Алюминий и его сплавы нашли свое применение и в судостроении. Из дюралюминия и других сплавов на основе алюминия выстроены корпуса быстроходных «Метеоров» и «Ракет», палубные надстройки, спасательные лодки, трапы, радарные мачты и другое судовое оборудование. В результате этого происходит значительное снижение массы судна, а, следовательно, повышается его грузоподъемность, скорость и маневренность.

Применение в автомобильном и ж/д транспорте

В автомобильной промышленности и ж/д транспорте алюминий и его сплавы также находят свое применение. Это тяжелые рамы грузовых авто, обшивочный материал кузова, автоцистерны. Кузова и рамы ж/д вагонов, цистерны для перевозки продуктов нефтехимической промышленности.

Хорошие коррозионные качества материала позволяют перевозить продукцию с агрессивной концентрацией, продлевают срок эксплуатации транспортных средств.

Применение в быту

В быту это кухонная посуда, бижутерия, фольга для выпекания и упаковки, предметы декора, садово-парковые изделия, зеркала и пр.

Алюминий и его сплавы нашли достойное место в современной жизни человека.

Как просто

Другие новости по теме:

Алюминий - легкий металл, серебристого цвета он в три раза легче стали, поэтому его используют там, где нужны легкость и прочность. Сфера применения достаточно разнообразна: его легкость незаменима в авиации, хорошая теплопроводимость и электропроводимость стала поводом для применения в

Легкие металлы сосредоточены в главных подгруппах первых четырех групп периодической системы элементов. Названием они обязаны тому, что их плотность, как правило, ниже 5 т/м3. Развитие производства полимерных и композиционных материалов отнюдь не отодвигает легкие металлы на второй план. Объем их

Аэрокосмические достижения во многом определяются разработкой новых материалов, обладающих рекордными отношениями прочности и жесткости к массе. И это понятно: снижение массы конструкций отзывается многократной экономией топлива или увеличением полезного груза. Наиболее известным легким металлом

Титан почти в два раза легче и прочнее железа, по удельной прочности он превосходит и алюминий: не намного тяжелее его, а прочнее в шесть раз. А сплавы титана по этому показателю вышли на одно из первых мест среди металлических конструкционных материалов. В наибольшей степени заинтересована в

Титан – серебристо-белый металл, впервые обнаруженный английским химиком Уильямом Грегором в 1791 году. Легкий и прочный, он быстро обратил на себя внимание конструкторов. Но прошло больше ста лет после его открытия, прежде чем титан начали реально применять в промышленности. Спонсор размещения P&G

Алюминий имеет много общего с другими металлами. Во-первых, как и многие другие металлы, он имеет серебристо-белый цвет, металлический блеск и высокую электропроводность. Во-вторых, он легко образует оксиды и взаимодействует с кислотами. Поэтому иногда возникает необходимости отличить его от других

Тема урока: «Алюминий»

Цели урока:

Оборудование: пробирки, алюминиевая проволока, наждачная бумага, фильтровальная бумага, химический стакан с водой.

Для демонстрации: посуда домашнего хозяйства, коллекция изделий из алюминия; концентрированная азотная кислота (HNO3), раствор соляной кислоты (HCl), раствор гидроксида натрия (NaOH), раствор нитрата ртути (HgNO3), ацетон

Ход урока.

Организационный момент.

Постановка цели урока: познакомиться со строением атома, свойствами, областями применения и получением одного из собратьев – металлов.

Работа осуществляется в группах постоянного состава, отобранных заранее по психологической и творческой совместимости (результаты тестов и письменных работ).

Знакомство с новым материалом.

Задача № 1: определить металл «Х».

Для определения темы урока на столах расположены предметы, изготовленные из определенного металла, которые должны навести учащихся на мысль о названии его. Помимо этого, для определения изучаемого металла «Х» на столах имеются характеристики строения атома и расположения элемента в периодической системе разного уровня сложности. Суворовцы в течении 3 – х минут должны определить название элемента, изучив подсказки в карточках.

I. Атом данного элемента «Х» содержит в своем ядре 13 протонов и 14 нейтронов. Его 13 электронов располагаются на трех энергетических уровнях.

Определите его заряд ядра.

II. На третьем (внешнем) уровне атома металла «Х» содержится 3 электрона.

Составьте схему строения атома данного элемента.

III. Краткая электронная формула атома металла «Х»: 3s2 3p1.

Составьте его краткую графическую формулу.

IV. Данный металл «Х» третьего периода в окислительно – восстановительных реакциях всегда является восстановителем и легко отдает 3 электрона.

Определите его степень окисления.

По ответам на доске составляется краткая запись, которая переносится учащимися в тетрадь и делается вывод.

Вывод: металл «Х» - алюминий. (Тема открывается на доске)

Учитель: Название алюминий происходит от латинского слова «алюмен» - квасцы, сульфат калия – алюминия KAl(SO4)2. Эту соль люди начали использовать задолго до нашей эры. Сначала в качестве протравы для окрашивания тканей, потом в медицинских целях в качестве кровоостанавливающего средства. Описание этого вещества есть и у Плиния Старшего, и у Геродота – самых авторитетных древних историков. Среди русских химиков XIX века бытовало название «глиноземий» и даже «Глиний», которые потом были благополучно забыты.

Свойства простого вещества

Плотность: 2,7 г \ см3

Температура плавления 660 ˚С

Температура кипения 2470 ˚С

Задача № 2: знакомство с распространением алюминия в природе и способом его получения.

Вопрос: как вы можете определить активность металла алюминия исходя из строения его атома и расположения в электрохимическом ряду напряжения?

На внешнем уровне атома алюминия содержится один неспаренный р – электрон, что свидетельствует об его активности. В э/х ряду напряжения металлов алюминий располагается вначале, что так же свидетельствует об его активности.

Вопрос: определите взаимосвязь между активностью металла и его нахождением в природе.

Судя по расположению алюминия в э \ х ряду напряжения, в природе он должен встречаться в виде солей и оксидов.

В состав ничем не примечательного минерала – глина – кроме оксида натрия и калия, оксида кремния содержится оксид алюминия. Поэтому глину относят к минералам – алюмосиликатам (Al2O3 ∙ n SiO2 ∙ m (Na, K)2O).

Боксит (Al2O3 ∙ nH2O) получил свое название от города Ле Бокс на юге Франции, где в 1821 году был обнаружен образец красной глинистой породы. Термин «бокситная руда» применим ко всем месторождениям, в которых содержится не менее 45% оксида алюминия и не более 20 % оксида железа.

Получить полный текст

Корунд (Al2O3) – очень твердая кристаллическая форма оксида алюминия. Он используется в качестве абразивного материала , по твердости уступает только алмазу. Крупные кристаллы корундов ценятся как драгоценные камни . Чистый корунд – бесцветен, небольшое количество примесей в нем d – металлов придает ему некоторую окраску:

Cr3+ - красный рубин,

Co2+, Fe2+, Ti4+ - синий сапфир.

(Демонстрация камней и минералов).

Вопрос: Как вы думаете, каким способом можно извлечь алюминий из его соединений?

Электролиз.

В XIX веке алюминий считался полудрагоценным металлом, хотя это и самый распространенный на земле металл. 6- ти футовая (2,5 кг) пирамидальная верхушка памятника Вашингтону на момент установки ее в 1884 году стоила столько же, сколько такая же масса серебра. Высокая цена алюминия была связана с трудностью его восстановления до металлического состояния.

Вопрос: почему, на ваш взгляд, не используется способ восстановления алюминия из его оксидов?

Ион алюминия Al3+ очень устойчив. Для него трудно найти восстановитель. Ни одно обычное вещество не может отдать ионам алюминия электроны достаточно легко, чтобы перевести его из соединений в простое вещество. Например, углерод, который прекрасно восстанавливает такие соединения, как оксид железа, сульфид меди до металла, просто не реагирует с соединениями алюминия.

В 1886 году разработал электролизный способ восстановления алюминия. Этот метод до сих пор широко используется в мировой практике (схема на доске).

Оксид алюминия (боксит) растворяется в расплавленном криолите при температуре 1000 ˚С (сам оксид имеет температуру плавления 2045 ˚С, поэтому его в чистом виде использовать неудобно) в большой стальной ванне, покрытой углеродом. Это покрытие выполняет роль катода, который передает электроны ионам алюминия, восстанавливая его до металла. Расплавленный металл собирается на дне, откуда его периодически сливают. Далее он заливается в формы.

Анод также изготовлен из углерода, который окисляется в процессе реакции.

(Записывается на доске схема «2» получения алюминия, реакция в молекулярной форме составляется учащимися).

Вопрос: Как вы думаете, какие проблемы возникают при производстве алюминия?

Большое количество потребляемой энергии, загрязнение среды, доставка руды.

Из – за того, что алюминиевые заводы потребляют большое количество энергии, их часто строят рядом с гидроэлектростанциями. В России – Красноярский край (Братская ГЭС, ГЭС на Енисее, Ангаре).

Чтобы не перевозить руду, заводы строят рядом с местом добычи: Уральская: Каменск – уральский;

Центральная; Сибирская: Аченск, Братск, Красноярск, Саяногорск. По производству занимаем 2 место после Италии.

Сделайте вывод о свойствах алюминия.

Алюминий – элемент амфотерный. Поэтому он реагирует и с кислотами, и со щелочами, выделяя водород и превращаясь в соли.

II группа:

Запишите уравнение реакции алюминия с соляной кислотой.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

III группа:

В две пробирки налейте 7 капель растворов соляной кислоты и гидроксида натрия. Опустить в каждую из пробирок - по кусочку алюминия. Следите за протеканием реакции.

Запишите уравнение реакции алюминия с гидроксидом натрия.

2Al + 6NaOH = 2Na3AlO3 + 3H2

Учитель: Обратите внимание на то, что в результате данного взаимодействия образуется комплексная соль. Поэтому точнее данную реакцию надо записывать следующим образом:

2Al + 6H2O + 2NaOH = 2Na + 3H2

тетрагидроксоалюминат натрия

У его соединений

И металла – молодца,

Как давно уже открыто,

В самом деле – два лица.

Гидроксид и кислота

Растворяет без труда.

Потому любой уверен:

Алюминий амфотерен!

IV группа:

Исследуйте кислотно – основные свойства алюминия.

Запишите уравнения наблюдаемых реакций.

Вопрос: почему в алюминиевой посуде нельзя хранить квашеную капусту, маринованные овощи и кислое молоко: в этих продуктах есть кислоты. К тому же такую посуду нельзя мыть щелочными средствами, например, содой.

Преподаватель: Интересно то, что алюминий иногда приобретает удивительную устойчивость к «нападающим» на него веществам. Неожиданной «защитницей» алюминия служит азотная кислота. Она пассивирует металл, вызывая появление на его поверхности оксидной пленки. Металл, обработанный таким способом становится безразличным к нападению «агрессора » соляной кислоты.

(Демонстрационный опыт с раствором соляной и концентрированной азотной кислотой).

Пассивация алюминия.

Алюминиевую проволоку опустить в раствор хлороводородной кислоты. Отметить протекание реакции. Вынуть проволоку, обмыть водой и на несколько секунд поместить в концентрированную азотную кислоту. Затем вынуть, промыть и еще раз поместить в первую пробирку.

Задача № 4: выявить взаимосвязь между свойствами алюминия и его областями применения.

Преподаватель: «Этому металлу суждено великое будущее. Перед вами, друзья, металл социализма!» (. «Что делать?»). Почему Чернышевский связывал социализм со всесторонним использованием алюминия? На этот вопрос нам предстоит сейчас ответить, поработав с вопросами следующих карточек.

(Работа в группах)

Почему алюминий устойчив к действию воды и кислорода? Где применяется это свойство?

Как известно, алюминий не токсичный металл. Где, на ваш взгляд, используется данное свойство?

Устойчив к коррозии. Используют для производства устойчивых сплавов: дюралюминий – магний, марганец, медь; магналий – магний, кальций.

2. Отсутствие у алюминия токсичных свойств позволяет использовать его для изготовления оборудования пищевой и пивоваренной промышленности , а так же материалов для упаковки пищевых продуктов.)

II группа:

Развитие промышленности требует большого использования редких металлов (тантал, молибден, вольфрам, ванадий). Какова роль алюминия в производстве этих металлов?

Как известно, алюминий прочный, но легкий металл. Отношение прочности к массе у алюминиевых сплавов выше, чем у любых других технических сплавов.

Где используется данное свойство металла?

Получить полный текст

Алюминий используется в промышленности в качестве восстановителя металлов из оксидов – алюминотермия.

2. 2/3 корпуса самолета и 3/4 двигателя состоит из алюминия; создание легких несущих конструкций, корпуса автомобиля и т. д.)

III группа:

Какие свойства алюминия позволяют широко использовать его в электротехнике ?

Как известно, алюминий хорошо поддается механической обработке. Где, на ваш взгляд, используется данное свойство?

Прекрасный проводник электрического тока; он легкий, следовательно, из него удобно изготавливать линии электропередач.

Он имеет высокую ковкость и тягучесть, его можно прокатывать, вытягивать в проволоку, прессовать или штамповать, придавая изделиям любую форму.)

IV группа:

Какое свойство алюминия сыграло важную роль при расширении географии производства азотной кислоты?

Поверхность алюминия, как известно, обладает высокой отражательной способностью. Как вы думаете, где используется данная особенность алюминия?

В азотной кислоте алюминий пассивируется, что дает возможность перевозить ее в алюминиевых цистернах.

2. Способность хорошо отражать лучистую энергию используется для

изготовления кровельных покрытий, эффективно изолирующих здание в

жарких странах от перегревания. Алюминиевая фольга благодаря этим же

свойствам используется для создания помех при радиолокации.)

Преподаватель: кроме всего названного, алюминий – немагнитный материал, и это позволяет использовать его для изготовления навигационного оборудования.

Он обладает высокой теплопроводностью. Из – за этого его используют для изготовления теплообменников в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

В России алюминий используют очень широко. Это второй по распространению металл после железа. Давайте вместе с вами составим схему использования данного металла в России (схема 4).

Учитель: по всей вероятности, данный металл следует использовать более аккуратно, так как он относится к невозобновимым ресурсам.

На пример, в России в год выбрасывается около 50 миллиардов алюминиевых банок.

Давайте постараемся ответить с вами на ряд вопросов. Которые, возможно, приблизят нас к ответу на вопрос: «Как уменьшить потребление алюминия?»

(Работа в группах)

Назовите одну или несколько областей, в которых алюминий можно использовать повторно без переработки.

Назовите одну или несколько областей, где можно использовать алюминий

после вторичной переработки.

Назовите области применения данного металла, приводящие к наибольшим потерям данного металла.

Назовите одну или несколько областей, в которых возможна замена данного металла на другие материалы с подходящими свойствами (другой металл, пластмасса, сплав, керамика).

4. Выводы по уроку.

1. Каковы особенности строения атома алюминия?

2. Какова активность данного металла?

3. Каковы свойства алюминия?

4. Какое свойство дает возможность широко использовать алюминий не смотря на его химическую активность?

Служу на кухне я без срока –

Мне все задачи по плечу.

Вполне справляюсь с силой тока,

Легко по воздуху лечу.

Как древний из металлов,

Горжусь своим я именем:

Имею много сплавов.

Зовусь я алюминием.

Задание на самоподготовку:

«Алюминий и его свойства»

АЛЮМИНИЙ
В ТРАНСПОРТЕ

Все виды транспорта на земле от велосипедов до космических ракет производятся из алюминия. Этот металл позволяет человеку двигаться с высокой скоростью, переплывать океаны, подниматься в небо и покидать пределы нашей планеты. На транспортную сферу уже приходится наибольшая часть мирового потребления алюминия – 27%. И в ближайшие года эта цифра будет только увеличиваться.

Авиация и космос

Алюминий навсегда вошел в историю как металл, позволивший человеку летать. Легкий, прочный и пластичный, он оказался идеальным материалом для создания управляемых летательных аппаратов. Не даром второе имя алюминия – «крылатый металл».

Сегодня на алюминий приходится около 75-80% общей массы современного самолета. А первое его применение в авиации за фиксировано еще до изобретения самих самолетов. Например, граф Фердинанд Цеппелин делал из алюминиевого сплава каркасы для своих знаменитых дирижаблей.

Прорыв, положивший начало современной авиации, произошел в 1903 году, когда братья Райт впервые в истории человечества совершили полет на управляемом летательном аппарате «Флайер-1». Автомобильные двигатели того времени весили слишком много, обладали низкой мощностью и были неспособны поднять аппарат в воздух. Специально для этой цели был разработан новый двигатель, детали которого, в том числе блок цилиндров, были отлиты из алюминия.

В дальнейшем «крылатый» металл заменил дерево, сталь и другие материалы в конструкции первых самолетов и уже в 1917 году знаменитый немец авиаконструктор Хуго Юнкерс поднял в воздух первый цельнометаллический самолет, фюзеляж которого был выполнен из алюминиевого сплава – дюралюминия, в состав которого также входят медь (4,5%), магний (1,5%) и марганец (0,5%). Создателем уникального сплава в 1909 году стал Альфредом Вильмом. Он также обнаружил эффект старения сплава, заключающийся в существенном увеличении его прочности после закалки в течение длительного времени.

Дюралюминий

Во время Первой Мировой войны дюралюминий был настоящей военной технологией. Его состав и технология тепообработки были засекречены, поскольку он являлся важнейшим конструкционным материалом в самолетостроении.

С тех пор алюминий получил статус ключевого конструкционного материала в авиации, и держит эту марку по сей день. Состав авиационных сплавов меняется, самолеты совершенствуются, но главная задача авиаконструкторов остается неизменной: создание легкой машины с максимальной вместимостью, использующей минимальное количество топлива и не поддающееся коррозии со временем. Именно алюминий позволяет инженерам добиваться выполнения всех необходимых условий. В современных самолетах алюминий применяется буквально повсюду: в фюзеляже, закрылках, конструкциях крыла и хвостовой части, крепежных системах, конструкциях выхлопных отверстий, блоков питания, заправочных штангов, дверей и полов, каркасов пилотных и пассажирских сидений, топливных разъемах, гидравлических системах, кабинных стойках, подшипниках, приборах в кабине пилотов, турбинах двигателей и много где еще.

Основные алюминиевые сплавы, применяемые в авиации, - серии 2ххх, 3ххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх - для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии 3ххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло- и топливных системах.

Наибольшее применение получил сплав 7075, состоящий из алюминия, цинка, магния и меди. Это самый прочный из всех алюминиевых сплавов, сравнимый по этому показателю со сталью, но в 3 раза легче нее.

Самолеты собираются из листов и профилей, соединяющихся друг с другом алюминиевыми заклепками, число заклепок в одной машине может достигать нескольких миллионов. В некоторых моделях вместо листов используются прессованные панели, и в случае появления трещины она доходит только до конца такой панели. Например, крыло крупнейшего грузового самолета в мире Ан-124-100 «Руслан», грузоподъемностью до 120 тонн, состоит из восьми прессованных алюминиевых панелей шириной 9 метров каждая. Конструкция крыла такова, что оно работает даже при двух разрушенных панелях.

Сегодня авиаконструкторы пытаются найти материал, обладающий всеми преимуществами алюминия, но еще более легкий. Единственным кандидатом, подходящим на эту роль, на данный момент является углеродное волокно. Оно состоит из нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Первым магистральным пассажирским самолетом, фюзеляж которого был полностью изготовлен из композиционных материалов, стал Boeing 787 Dreamliner, выполневший свой первый коммерческий полет в 2011 году.

Однако производство таких самолетов обходится гораздо дороже, чем при использовании алюминия. Кроме этого, углеволокно не обеспечивает должного уровня безопасности летательных аппаратов.

Основные сильные стороны космических алюминиевых сплавов – стойкость к высоким и низким температурам, вибрационным нагрузкам и воздействию радиации. Более того, они обладают свойством «криогенного упрочнения» – с понижением температуры их прочность и пластичность только возрастают. Это сплавы видов «титан-алюминий», «никель-алюминий» и «железо-хром-алюминий».

Алюминий оказался незаменим не только в авиации, но и в космонавтике, где сочетание минимальной массы с максимальной прочностью еще более критично. Корпус первого искусственного космического спутника Земли, запущенного в СССР в 1957 году, был выполнен из алюминиевого сплава.

Ни один современный космический корабль не обходится без алюминия – от 50% до 90% веса космических летательных аппаратов приходится на конструкции из алюминиевых сплавов. Они использовались для изготовления корпуса космических челноков Space Shuttle, телескопической балки антенны космического телескопа Hubble, из них изготавливаются водородные ракетные баки, носовые части ракет, конструкции разгонных блоков, корпуса орбитальных космических станций и крепежей для солнечных батарей на них.

Даже твердотопливные ракетные ускорители работают на алюминии. Такие ускорители разгоняют первую ступень космических кораблей и состоят из алюминиевого порошка, окислителя в виде перхлората того же алюминия и связующего вещества. Например, самая мощная на сегодня в мире ракета-носитель «Сатурн-5» (может вывезти на околоземную орбиту 140-тонный груз) за время полета сжигает 36 тонн алюминиевого порошка.

Автомобилестроение

Автомобиль – самый распространенный вид транспорта в мире. Главным конструкционным материалом здесь является относительно дешевая сталь. Однако вместе с тем как основными приоритетами автомобильной отрасли становятся экономия топлива, снижение выбросов СО 2 , а также дизайн автомобиля, все более важную роль в автомобилестроении начинает играть алюминий.

В 2014 году мировая автомобильная индустрия (без учета Китая) потребила 2,87 млн тонн алюминия. Ожидается, что к 2020 году эта цифра вырастет до 4,49 млн тонн. Ключевыми факторами этого роста являются как увеличение производства самих автомобилей, так и повышение использования алюминия в них.

Каждый килограмм алюминия, использованный при изготовлении автомобиля, позволяет снизить общую массу машины на килограмм. Поэтому на алюминий переводилось производство все большего количества его деталей: радиаторы системы охлаждения двигателя, колесные диски, бампера, детали подвески, блоки цилиндров двигателя, корпуса трансмиссий и, наконец, детали кузова – капоты, двери и даже вся рама. В результате с 1970-х годов доля алюминия в общем весе автомобиля постоянно увеличивается – с 35 кг до сегодняшних 152 кг. Согласно прогнозам экспертов, к 2025 году среднее содержание алюминия в одном автомобиле достигнет 250 кг.

Формула 1

Гоночный болид Формулы-1, согласно требованиям на 2015 год, должен весить не менее 702 килограммов. Две трети этой массы приходится на алюминий. В то время как обшивка кузова выполнена из углепластика, все внутренние узлы и компоненты изготавливаются именно из "крылатого металла".

Алюминий использовался в автомобилестроении практически с момента начала промышленного использования этого металла. В 1899 году на международной выставке в Берлине был представлен первый автомобиль, корпус которого был полностью сделан из алюминия, - спортивный Durkopp. А в 1901 году алюминиевым стал и двигатель - для участия в гонках в Ницце его смастерил знаменитый немецкий изобретатель Карл Бенц. В 1962 году легендарный гонщик Микки Томпсон участвовал в гонках Индианаполис 500 на машине с двигателем из алюминия и показал превосходный результат. Многие фирмы позднее усовершенствовали этот двигатель и использовали его в различных массовых моделях и гоночных автомобилях, в том числе и в болидах Формулы-1. Интерес к алюминиевым деталям подстегнул и нефтяной кризис 1970-х. Вынужденные озаботиться экономией топлива, конструкторы стали заменять детали из стали на более легкие алюминиевые, тем самым снижая общий вес машины.

Микки Томпсон

Индианаполис 500, 1962 г.

Range Rover
Последняя модель Range Rover с полностью алюминиевым кузовом стала легче на 39% или 420 килограмм. Это равноценно весу пяти человек.

Применять алюминий для изготовления кузова первыми стали производители автомобилей класса «премиум». Так, первым серийным автомобилем с полностью алюминиевым кузовом стала Audi A8, выпущенная в 1994 году. За ней последовали и другие люксовые бренды – BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Land Rover, Jaguar.

В 2014 году произошло очередное знаковое событие для отрасли – автомобиль с полностью алюминиевым кузовом появился в массовом сегменте. Им стал Ford-150 – самый популярный пикап в США на протяжении 38 лет. Благодаря переходу на алюминий автомобиль стал легче на 315 кг по сравнению с предшествующей моделью, что позволило существенно снизить расход топлива, выхлоп CO 2 , а также увеличить грузоподъемность и улучшить динамику разгона и торможения. При этом автомобиль получил самый высокий рейтинг надежности NHTSA – пять звезд вместо четырех в предыдущей модели.

Основными методами изготовления различных автодеталей являются литье и штамповка из прокатанных листов и полос. Но некоторые из них изготавливаются необычным способом горячего прессования мелкого алюминиевого порошка – САП (спеченная алюминиевая пудра). Окисленную алюминиевую пудру помещают в алюминиевую же оболочку и нагревают до температуры чуть меньшей, чем плавление металла, и в горячем виде прессуют. Получившиеся изделия отличаются высокой прочностью и используются там, где нужны детали для работы в условиях высоких температур с низким коэффициентом трения – например, так делаются поршни двигателей.

Tesla
Полностью дополнительная защита Tesla состоит из трех уровней. Первый – полый алюминиевый брус специальной формы, который либо отбрасывает лежащий на дороге предмет, либо смягчает удар. Второй – плита из титана, защищающая наиболее уязвимые компоненты в передней части автомобиля. Третий – щит из штампованного алюминия, который рассеивает энергию удара и, если препятствие твердое и неподвижное, приподнимает автомобиль над ним.

Еще одно замечательное свойство алюминия – он отлично «гасит» удар, причем делает это в два раза эффективнее, чем сталь. Поэтому автопроизводители уже давно используют этот металл для бамперов. Днище революционного электрического автомобиля Tesla оснащено 8-миллиметровой пуленепробиваемой броней из алюминиевых сплавов, которая защищает батарейный отсек и гарантирует безопасность при движении на скорости в 200 км/ч. Недавно компания установила на свои машины дополнительную алюминиево-титановую защиту, которая позволяет автомобилю в прямом смысле слова разрушать попадающие под колеса препятствия из бетона и закаленной стали, сохраняя управляемость.

Алюминиевый кузов имеет преимущества перед стальным в плане безопасности еще и потому, что деформации в алюминиевых конструкциях локализуются в компактных зонах, не давая деформироваться другим частям кузова и сохраняя максимальную безопасность той части машины, где находятся пассажиры.

Эксперты утверждают, что в ближайшее десятилетие автопроизводители существенно увеличат использование алюминия в своих моделях. «Крылатый металл» в большом количестве будет использоваться в деталях кузова либо для изготовления кузова целиком.

При этом многие автомобильные компании сегодня договариваются с производителями алюминия о создании производств замкнутого цикла, когда из идущих на лом алюминиевых деталей утилизируемых автомобилей создаются запчасти для новых машин. Сложно представить себе более экологичный вид промышленного производства.

Железнодорожный транспорт

Применение алюминия в железнодорожном транспорте началось практически сразу после образования самой алюминиевой промышленности. В 1894 году железнодорожная компания New York, New Haven, and Hartford Railroad, принадлежавшая тогда банкиру Джону Пирпонту Моргану (J.P. Morgan), начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны, сидения которых были выполнены из алюминия.

Однако сначала алюминий оказался наиболее востребованным в сегменте грузоперевозок, где от состава требуется максимально низкий вес, что позволяет перевезти больший объем грузов.

Первые грузовые вагоны, полностью выполненные из алюминия, были выпущены в 1931 году в США. Это был хоппер – вагон для перевозки сыпучих и гранулированных грузов, кузов которого имеет форму воронки с люками для разгрузки в донной части. Сегодня для производства таких вагонов используются, в основном, сплавы 6ххх серии, - они обладают повышенной прочностью и коррозийной стойкостью.

Shinkansen
Первый высокоскоростной поезд в мире появился в Японии в 1964 году. Он курсировал между Токио и Осакой и преодолевал расстояние в 515 км за 3 часа 10 минут, разгоняясь до 210 км/ч. Shinkansen позволил разрешить острую транспортную проблему этого региона, в котором проживало более 45 млн человек.

Сегодня алюминиевые вагоны используются 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 – с завода до автодилерского центра.

Алюминиевый грузовой вагон на треть легче, чем стальной. Его более высокая изначальная стоимость окупается в среднем за два первых года эксплуатации за счет перевозки большего объема грузов. При этом алюминий в отличие от стали не подвержен коррозии, поэтому алюминиевые вагоны долговечны и за 40 лет использования теряют лишь 10% своей стоимости.

В пассажирском железнодороджном транспорте алюминий позволяет производить вагоны на треть более легкие, чем стальные аналоги. В случае метро и пригородных поездов, для которых характерны частые остановки, это позволяет добиться существенной экономии энергии, затрачиваемой на разгон состава. Помимо этого, алюминиевые вагоны проще в производстве и содержат значительно меньшее количество деталей.

В железнодорожном транспорте дальнего следования алюминий активно применяется в производстве высокоскоростных поездов, активное применение которых в мире началось в 1980-х годах. Такие поезда развивают скорость до 360 км/ч и выше. Новые технологии в этом направлении позволят добиться скоростей более 600 км/ч.

Алюминий дает возможность снизить вес такого поезда и соответственно уменьшить прогиб рельсов, создающий сопротивление движению. Кроме того, высокоскоростной поезд, как самолет, должен обладать обтекаемой формой и минимальным числом выступающих деталей – здесь на помощь конструкторам вновь приходит «крылатый металл».

Transrapid
Маглев-трасса в Китае, соединяющая Шанхай и шанхайский аэропорт Пудун. Поезд движется по ней со с коростью 450 км/ч и преодолевает расстояние в 30,5 км всего за 8 минут.