- Відкриття старіння сплавів алюмінію
- Літаючі фортеці Б-29
- Пікіруючий бомбардувальник Ту-16
- Військово-транспортний літак Ан-22 "Антей"
- Сплави для винищувачів
- Гідролітаки і аеробуси
- Надшвидкісні атомні центрифуги
- Ракета-носій "Енергія"
Фрідляндер Йосип Наумович
академік, начальник науково-дослідного відділення ГНЦ РФ "ВНДІ авіаційних матеріалів".
З виступу на засіданні Президії РАН
ВІСНИК РОСІЙСЬКОЇ АКАДЕМІЇ НАУК тому 74, № 12 стор. 1076-1081 2004р.
Відкриття старіння сплавів алюмінію
Історія алюмінієвих авіаційних сплавів бере початок з 1911р., коли в Німеччині Альфред Вільм встановив, що якщо алюмінієвий сплав, який містить 4% міді і 0.5% магнію, загартувати і залишити вилежуватись на повітрі, його міцність істотно підвищиться. Цей процес отримав назву «старіння», хоча було б правильніше назвати його «возмужанием». Як було з'ясовано в подальшому, при старінні атоми міді групуються в найдрібніші зони, число яких - мільйони. Атоми міді мають менший діаметр, ніж атоми алюмінію, тому виникає напруга стиснення і міцність підвищується. Сплав Вільма, який вперше був освоєний в Німеччині на заводах «Дюран-металлверке», отримав назву « дуралюмин ». Згодом американці, підвищити вміст ньому магнію до 1.5%, створили дуже хороший сплав 2024. І понині він широкозастосовується в різних модифікаціях.
Літаючі фортеці Б-29
Ще в роки Другої світової війни ми змогли детально ознайомитися зі сплавом 2024. В кінці війни на радянський Далекий Схід залетіли американські бомбардувальники Б-29, підбиті японцями. У той час ми були союзниками США, але Сталін, нічого не повідомивши США, видав розпорядження: точно відтворити Б-29, будь-яка зміна могло вноситися лише з його дозволу. Один літак був розділений на окремі вузли в конструкторських бюро Ільюшина і Туполєва, ми у Всесоюзному інституті авіаційних матеріалів (ВІАМ) вивчили властивості і структуру сплаву 2024 склали технічні умови його виробництва, що відповідають американським вимогам.
Труднощів з відтворенням літака Б-29 було дуже багато, особливо з отриманням плит довжиною 30 м для крил. Справа в тому, що великі плоскі злитки, що відливаються безперервним методом з різким охолодженням водою, в процесі лиття іноді розривалися від термічних напруг, і шматки вагою в кілька сот кілограмів розліталися на багато метрів. Лиття злитків все ж було освоєно, виробництво налагоджено. Радянські металурги і конструктори зуміли в короткі терміни виготовити 850 літаків Ту-4, повністю копіювали Б-29 і отримали назву "літаючі фортеці". Такі темпи на початку XXIв. недосяжні в Росії. На Семипалатинському полігоні з одного з цих літаків в 1949 р. була скинута атомна бомба, котра поклала кінець ядерної монополії США.
Пікіруючий бомбардувальник Ту-16
Було відомо, що якщо ввести в алюмінієвий сплав цинк, тобто базуватися на четверний системі «алюміній-цинк-магній-мідь», то можна істотно поліпшити властивості сплаву. У своїй докторській дисертації я вивчив четверну систему «Алюміній-цинк-магній-мідь» і встановив її фундаментальні закономірності. При певному співвідношенні цинку і магнію збільшення вмісту міді в сплаві призводило до того, що одночасно підвищувалися міцність, пластичність, корозійна стійкість і в'язкість руйнування. Ось на цій підставі ми змогли створити групу дуже хороших високоміцних алюмінієвих сплавів - В95, В96ц3 і особливо міцний В96ц.
Дзвінок від Андрія Миколайовича Туполєва, розмова в його звичайній манері:
Слухай, ти напевно б'єш байдики замість того, щоб працювати. Давай, приходь до мене.
- Слухаю, Андрій Миколайович, через десять хвилин буду.
ВІАМ і КБ Туполєва розташовані на вулиці Радіо. У маленькому кабінеті Туполєва зібралися прочнист, конструктори, технологи, сам він - в старій, забрудненому спецівці.
- Ну, розповідай, який у тебе високоміцний сплав.
- Та що ви, Андрію Миколайовичу, я вже три рази доповідав.
- Ну, давай в четвертий раз.
Я почав описувати переваги В95. Він мене перервав:
- Ну, гаразд, весь Ту-16 переводимо на В95.
Ось тобі, бабуся, і Юріїв день - величезний літак, що йде в серію на Казанському авіаційному заводі, і весь з нашого сплаву В95. Тільки пізніше я дізнався причину такого рішення: Ту-16 не пройшов випробування на міцність, тому треба було або переробляти все креслення - величезна робота, або перейти на високоміцний і сплав. Туполєв вибрав другий варіант.
Спочатку виробництво літака на Казанському заводі йшло добре, але потім був виявлений масовий брак на аркушах з В95. Дзвінок міністра. Мені вказівку відправитися на Каменськ-Уральський завод, де роблять ці листи, і не виїжджати звідти до тих пір, поки шлюб не буде повністю ліквідовано. Виявилося, що поява тріщин пов'язано з процесом виливки злитків, але довгий час не вдавалося знайти рішення, як їх ліквідувати. Зі мною для підбадьорений послали агента НКВД. Він, молодий хлопець, говорить: "Мені дружина щодня дзвонить, питає, коли я повернуся в Москву. Зізнайся, що ти ворог народу, і я поїду, ну а ти підеш, сам знаєш, куди - на Північ". Зрештою всі труднощі вдалося подолати, і пікіруючі бомбардувальники Ту-16 пішли у велику серію. До речі сказати, ці бомбардувальники все ще в строю, захищають нашу Батьківщину від .протівніков.
Нещодавно на прохання Міністерства оборони ми продовжили на десять років термін їх експлуатації. Після історії з Ту-16 все літаки КБ Туполєва робилися зі сплаву В95, в тому числі стратегічний бомбардувальник Ту-95 (1955). І сучасні літаки - Ту-204, Ту-334 - виготовляють теж з наших сплавів В95 і 1163. Виняток становить літак Ту-160, на якому міністр оборони нещодавно здійснив політ через всю країну. У цього літака єдине завдання: перелетіти через океан, скинути ядерну бомбу і тікати з максимальною швидкістю. Швидкість його польоту 2200 км / год. При такій надзвукової швидкості обшивка літака нагрівається до 120-140 ° С, тому для нього ми рекомендували жароміцний сплав АК4-1 .
Військово-транспортний літак Ан-22 "Антей"
1950-х роках виникла проблема створення потужного військово-транспортного літака Ан-22 ( «Антей»). Всі його силові вузли повинні були робитися в вигляді великих штамповок. Зазвичай штампування гартують в холодну воду, що забезпечує високу швидкість охолодження і високу міцність. Але для дуже великих штамповок «Антея» повідці виявлялися таких розмірів, що ці штампування неможливо було механічно обробляти. Був потрібен сплав, який при загартуванню в гарячу воду зменшив би швидкості охолодження і поводок, не втрачаючи міцності. Ми створили такий високоміцний оригінальний сплав В93 і з нього зробили все великі штампування і деталі. Силовий каркас зі сплаву В93 демонструвався на авіасалоні в Ле Бурже в 1965. В якості легуючої добавки в ньому, замість традиційно застосовуваних цирконію або марганцю, ми використовували зазвичай обмежується залізо, що і дозволило здійснювати загартування в гарячу воду. Що стосується «Антея», то він пройшов кілька незвичайних випробувань - польоти до Афганістану, Прагу, Будапешт з вантажем близько 100 т. За аналогією з Ан-22 побудовані сучасні транспортні літаки «Мрія» і «Руслан». Вони також зроблені зі сплаву В93. Максимальна їх навантаження 200 т, при якій вони можуть здійснювати польоти на відстань до 4500 км. «Мрія» і «Руслан» - нині монопольні перевізники вантажів на міжконтинентальні відстані, недавно вони перевозили з Європи до Австралії блок атомної електростанції.
Сплави для винищувачів
У 1973р. були запущені в серію виготовлені зі сплаву В95 потужні винищувачі МіГ-23. Але при випробуваннях в двох льотних школах відбулися відриви крил. Урядова комісія на чолі з генерал-полковником авіації І.І. Пстиго звернула увагу розробників на великі перевантаження, яких зазнає літак при крутих віражах в бойових умовах. В ході випробувань, проведених в Центральному аерогідродинамічному інституті, вдалося встановити, що шкідливі домішки заліза і кремнію сильно знижують конструктивну міцність крил. З огляду на це, ми створили сплав В95 підвищеної чистоти - В95пч. Його застосування забезпечило надійність винищувачів. Всього випущено 16 тис. МіГ-23 зі сплаву В95пч, катастроф не було. В винищувачі п'ятого покоління фірми КБ Сухого передбачається використовувати наш надміцний сплав В96ц3. Ми розраховуємо, що цей винищувач буде не гірше за американського винищувача п'ятого покоління.
Гідролітаки і аеробуси
Дуже модний зараз гідролітак Бе-200 фірми Г.М.Беріева, призначений для гасіння пожеж, побудований цілком з нашого алюмінієво-літієвий сплаву 1441. У нас є міжнародні патенти і угоди про покупку ліцензій на цей сплав в Англії і США. Першими висловили бажання придбати Бе-200 китайці. Але після недавніх лісових пожеж в Європі і Австралії коло замовників значно розширився. Саме це і спонукало Європейську авіаційну фірму (EADS) долучитися до просування літака на світовий ринок, що обіцяє непогані дивіденди. Реальний ринок Бе-200 оцінюється в 7 млрд. Дол. У 2006 р. повинен увійти в експлуатацію європейський аеробус А-380, що вміщає 555 осіб. Фірма «Ербас» має вже 135 замовлень на аеробус VIP-класу з водним басейном, тенісними майданчиками, окремими каютами для пасажирів. У цьому літаку широко застосовані наші сплави, зокрема вузол кріплення крила до центроплану зроблений зі сплаву 1933 на Самарському металургійному заводі. З появою такого літака приходить кінець концепції безпечної пошкоджуваності. Зараз європейці працюють над тим, щоб не допустити появу тріщин в конструкції літака. З цією метою фюзеляж робиться не з простих алюмінієвих сплавів, а з багатошарових сплавів типу Глера або наш СІАЛ, тобто беруться тонкі алюмінієві листи, між якими прокладається склотканина. В цьому випадку тріщини не ростуть.
Надшвидкісні атомні центрифуги
Тільки СРСР і Росія оволоділи надзвичайно ефективною центрифужной технологією збагачення урану-235. США як і раніше збагачують уран за енергоємної термодифузійною технології. Вітчизняні центрифуги зроблені з нашого найміцнішого в світі сплаву В96ц. У Новоуральске, раніше абсолютно закритому місті, крутяться багато сотень тисяч надшвидкісних атомних центрифуг, а по всій Росії - мільйони.
Ракета-носій "Енергія"
В.П.Глушко і Ю.П.Семенов доповіли свого часу Політбюро ЦК КПРС, що готові створити ракету, яка може конкурувати з американськими шаттлами. Ракета працює на рідкому водні і рідкому кисні. Центральний її бак, заповнений рідким воднем, має діаметр 8 м, висоту 40 м, навколо нього розміщені чотири бака з рідким киснем. Для цих баків потрібен був сплав, який при зниженні температури аж до температури рідкого водню або гелію не тільки не охрупчиваются б, як це відбувається зі сталлю, а навпаки, зміцнюється і одночасно підвищувалася б його пластичність.
Ось такий сплав ми і створили. Сплав 1201 системи «мідь-марганець» в результаті зниження температури зміцнюється на 60%, одночасно підвищується його пластичність. При створенні ракети були дуже великі дискусії, тому що деякі інститути Міністерства загального машинобудування вважали, що треба будувати ці ракети з менш міцного, але добре перевіреного надійного сплаву АМгб - системи «алюміній-магній», а зі сплавом 1201 ми провалимося. Дійсно, труднощів було багато, всі вони подолані, і такі ракети будуються тільки зі сплаву 1201. «Енергія» вивела в космос орбітальний літак «Буран», а вже в наші дні зі сплаву 1201 створюються на заводі ім. М. В. Хрунічева ракети для відправки людей і вантажів на міжнародну космічну станцію.
