2 / 20
В.В. Ковалев, Р.С. Михеев, Н.В. Коберник
94
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 4
Оптимизация конструкций в автомобилестроении достигается благодаря
сочетанию в несущих и сильно нагруженных узлах высокопрочной стали и
алюминия для снижения общей массы автомобиля. Подсчитано, что снижение
на 100 кг массы автомобиля в среднем экономит 0,3 л топлива на 100 км [1].
Крупные европейские и азиатские производители автомобилей, такие как Audi,
BMW, Mazda, Nissan, в последние годы увеличивают число алюминиевых узлов
в конструкциях автомобилей.
В судостроении замена стали алюминиевыми сплавами позволяет умень-
шить массу судна и понизить его центр тяжести, а также обеспечивает необхо-
димую коррозионную стойкость. Из алюминиевых сплавов изготовляют как
корпусные конструкции, так и надстройки, рубки, мосты, кожухи дымовых
труб, переборки, выгородки и др. [2].
В узлах трения, воспринимающих ударную нагрузку, применяют подшип-
ники, изготовленные из биметаллической ленты с основой из низкоуглероди-
стой стали (Ст5, Ст10) и рабочим слоем из антифрикционных алюминиевых
сплавов. По сравнению с баббитами более дешевые алюминиевые антифрикци-
онные сплавы отличаются меньшей плотностью, более высокой теплопровод-
ностью и прочностью. Ввиду хорошей теплопроводности граничный слой сма-
зочного материала на этих сплавах сохраняется при более высоких скоростях
скольжения и более высоких нагрузках. Важным достоинством этих сплавов
является их высокая технологичность и коррозионная стойкость при работе в
масляных средах [3].
Несмотря на достоинства биметаллических сталеалюминиевых конструк-
ций, существует ряд проблем, связанных с получением соединений из этих ме-
таллов. При создании разъемных соединений сталь и алюминий составляют
гальваническую пару и подвергаются коррозии при наличии электролита на
границе между ними. К тому же использование болтов, заклепок и других дета-
лей разъемных соединений увеличивает массу конструкции. Решить эту проб-
лему можно, путем применения сварных сталеалюминиевых соединений. Свар-
ные соединения позволяют снизить массу конструкции, а также обеспечить их
коррозионную стойкость, что было выявлено при испытаниях в солевой камере
и в различных климатических условиях [4]. Однако различные теплофизиче-
ские характеристики этих металлов, наличие оксидной пленки на поверхности
алюминия, а также химическое взаимодействие этих металлов, приводящее к
необратимому образованию интерметаллидных соединений по границе раздела,
значительно осложняют получение сталеалюминиевых сварных соединений.
Причем последнее из перечисленных препятствий можно считать основным,
поэтому следует рассмотреть более подробно.
Основные теплофизические параметры алюминия и стали
Параметр
Алюминий
Ст5
Кристаллическая решетка ............................ ГЦК
ОЦК
Плотность, г/см
3
.............................................. 2,7
7,8