пн, 2016-08-29 15:47
Поделиться

Алюминий – самый необходимый металл в машиностроении

Алюминий, 13-й элемент таблицы Менделеева, был открыт в 1825 году датским физиком Гансом Эрстедом. 

Узлы двигателей делают из алюминия

С того момента, как он смог его выделить, человечество осознало, насколько великолепны качества этого металла, но до недавнего времени он считался очень дорогим, а значит непригодным для построения машин материалом. Изобретение более дешевых производственных процессов и сильных алюминиевых сплавов полностью изменили целые отрасли машиностроения в начале 20-го века. И сегодня мы хотим рассказать короткую историю алюминия, как материала, из которого сейчас создают практически все двигатели в спецтехнику и автомобили.

О возможности использовать алюминий в создании двигателей впервые задумались братья Райт, те самые пионеры авиастроения, которые сумели подчинить себе небо. 

Братья Райт и их деревянный самолет

Братья Райт и их деревянный самолет

Их первые самолеты строились из прочных сортов древесины и стальных конструкций, а крылья обтягивались холстом для улучшения аэродинамических свойств. Но все равно самолеты весили много и были неповоротливы, ведь долгое время двигатели всех машин делались из чугуна – металла очень крепкого и надежного, но невероятно тяжелого. И братья Райт задумались над созданием своего собственного двигателя, узлы которого демонстрировали бы такую же прочность и износостойкость, но были бы значительно легче. 

Первый в мире алюминиевый двигатель братьев Райт

Первый в мире алюминиевый двигатель братьев Райт

Зная о свойствах алюминия, как металла очень крепкого, но легкого, они первые в мире применили его для построения двигателей. А чтобы конкуренты не прознали об этом, выкрашивали свои моторы в черный цвет, имитируя цвет чугуна.

На сегодняшний день ученым известно, что 8% всей земной коры состоит из алюминия.

 Вот из таких бокситов добывается алюминий

Вот из таких бокситов добывается алюминий

Но, долгое время этот металл являлся настолько дорогостоящим, что никому и в голову не приходило строить из него большие агрегаты. Еще Наполеон (1769-1821) знал о его существовании и свойствах, мечтая делать из алюминия броню и оружие, но на тот момент процесс выделения и очистки этого вещества был невероятно сложен и дорогостоящ. Поэтому, Наполеон, не имея возможности применить алюминий в войне, имел его в своем распоряжении лишь на кухне. 

Столовые приборы Наполеона, сделанные из алюминия

Столовые приборы Наполеона, сделанные из алюминия

Из этого материала у него были сделаны шикарные столовые приборы – вилки, ложки и тарелки, которые подавали только самым высокопоставленным и уважаемым людям (все остальные на обеде с Наполеоном «довольствовались» приборами из золота и серебра).

В 1880 году человечество научилось производить алюминий в промышленных масштабах, и буквально за несколько лет из самого дорогого металла на планете он превратился в доступное вещество, опустившись в цене в начале 20-го века с $1200 за килограмм до $1.

Именно этот рост научно-технического прогресса и падение цены позволили братьям Райтам обратить свой взор на алюминий, как материал для строительства двигателей.

Впрочем, алюминий, который они использовали, совсем не походил на знакомый нам сплав. Из-за отсутствия в нем необходимых добавок и неумения поддавать металл мощным тепловым обработкам, тот алюминиевый сплав отличался чрезмерной мягкостью, и узлы, сделанные из него, довольно быстро деформировались. Поэтому, вплоть до начала Первой мировой войны, все транспортные моторы, по большей части, продолжали делать из чугуна.

Старый чугунный двигатель

Лишь случайное открытие немецкого ученого Альфреда Вильма изменило эту ситуацию. В начале 20 века этот гениальный инженер трудился над «упрочнением» алюминиевых сплавов, работая в лаборатории, расположенной в пригороде Берлина – поселке Дюрен. В 1906 году он экспериментировал над сплавом, имеющим в своем составе 95% алюминия, 4% меди, 0,5% магния и 0,5% марганца. Нагрев его до высоких температур, и резко охладив, Вильм увидел, что полученное вещество не демонстрирует требуемой жесткости. Разочарованный, он покинул лабораторию, однако, по прошествии нескольких дней, понял, что металл почему-то упрочнился, приобретя крепость чугуна. 

дюралюминий

Так выглядит дюралюминий

Внешне он не видоизменялся, но чем больше рос его возраст, тем крепче и плотнее он становился. Оказалось, что под воздействием времени, атомы меди сливаются с атомами алюминия,  выстраиваются в плотную кубическую решетку, в которой практически нет «щелей». Так металл приобретает жесткость и стойкость к деформации.

В итоге, этот процесс назвали старением алюминия, а в 1911 году Вильм запатентовал свое открытие, назвав сплав дюралюминием – по названию города, в котором он творил. Именно по причине наличия такой технологии, в Первую мировую войну немецкие самолеты «юнкерсы» были самыми совершенными и маневренными, ведь узлы их двигателей создавались уже из прочного, но легкого вещества.

Самолет Junkers времен Первой мировой

Самолет Junkers времен Первой мировой

Позже усовершенствованный дюралюминий стали применять для создания всех транспортных моторов и самолетных фюзеляжей.

На сегодняшний день 13% добытого алюминия идет на создание различных кабелей в энергетическом секторе, так как этот металл, наравне с медью, является превосходным проводником. Но, чтобы проводить одинаковый ток, алюминиевые провода могут быть в 1,5 раза тоньше медных. Это уменьшает нагрузку на столбы электропередач, и позволяет увеличить расстояние между ними, что в свою очередь приводит к необходимости установки меньшего их количества. Так, алюминий является не только незаменимым при создании двигателей, но и оказывает значительное влияние на энергетическую и строительную отрасли. Сегодня 23% добытого человечеством алюминия потребляет именно строительная индустрия, которая использует его, в том числе, чтобы строить огромные небоскребы.

Производство металлопластиковых окон

Производство металлопластиковых окон

Только в последние годы у алюминия стали появляться конкуренты – различные композитные материалы, способные его заменить. Однако, пока, в основном, они находятся на стадии тестирования, и в широкое применение пока не поступают. 

Комментарии