25835

Структура и свойства конструкционных сплавов цветных металлов

Лекция

Производство и промышленные технологии

Микроструктура металла (от микро... и лат. structura — строение), строение металла, выявляемое с помощью микроскопа (оптического или электронного). Микроскоп для исследования металла впервые применил П. П. Аносов (1831) при изучении булатной стали. Металлы и сплавы состоят из большого числа кристаллов неправильной формы (зёрен)

Русский

2014-10-16

973.5 KB

1 чел.

Лекция 12

Структура и свойства конструкционных сплавов цветных металлов.

1.1. Микроструктура, полиморфизм.

Микроструктура металла (от микро... и лат. structura — строение), строение металла, выявляемое с помощью микроскопа (оптического или электронного). Микроскоп для исследования металла впервые применил П. П. Аносов (1831) при изучении булатной стали. Металлы и сплавы состоят из большого числа кристаллов неправильной формы (зёрен), чаще всего неразличимых невооружённым глазом. Зёрна имеют округлую или вытянутую форму, могут быть крупными либо мелкими и располагаться друг относительно друга в определённом порядке или случайно. Форма, размеры и взаимное расположение, а также ориентировка зёрен зависят от условий их образования. Часть М., имеющая однообразное строение, называемое структурной составляющей (например, избыточные кристаллы, эвтектика, эвтектоид, в частности для железоуглеродистых сплавов аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит, мартенсит). Количественное соотношение структурных составляющих сплава определяется его химическим составом и условиями нагрева и охлаждения. М. характеризуется также расположением и количеством некоторых дефектов кристаллической решётки. От М. зависят многие механические и физические свойства материала.

1.2. Термическое упрочнение и обработка давление.

Термическое упрочнение проката — повышение качества проката (фасонных профилей, арматуры, листового) за счёт термической обработки в потоке прокатного производства.

Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО)

Совмещение процессов горячей деформации и ускоренного контролируемого охлаждения в процессе прокатки позволяют существенно улучшить качество металлопродукции. Теоретические основы такого процесса разработаны научной школой МИСиС под руководством М.Л. Бернштейна. Существенный вклад в исследование процессов ВТМО внесли работы В.А.Займовского, Л.М. Капуткиной, С.Д. Прокошкина и др. Исследованию термомеханического упрочнения стали посвящены работы российских учёных - В.Д. Садовского, П.Д. Одесского, Л.И. Гладштейна, С.А. Мадатяна и др. Существенный вклад в практическое внедрение процессов термического упрочнения в потоке прокатного производства внесли учёные Института Чёрной металлургии (Днепропетровск): В.Т. Черненко, А.С. Кудлай, В.И. Спиваков и ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (Москва): В.А. Барышев, А.С. Ключ, Н.В. Толмачёва, С.В. Бернштейн и др. В процессе термомеханического упрочнения важным является правильное распределение степеней обжатия на каждой клети прокатного стана, скорость горячей деформации, длительность последеформационной выдержки, способ и скорость последеформационного охлаждения. За счёт термомеханического упрочнения создаётся структура динамической полигонизации аустенита, наследуемая при последующем ускоренном охлаждении низкотемпературными фазами - мартенситом, бейнитом или ферритом. Дополнительное повышение комплекса свойств (прочность, пластичность и сопротивление разрушению) происходит также за счёт более равномерного распределения упрочняющих фаз (карбидов, карбонитридов и т.п.) по границам субзёрен вместо их выделения на зёренных границах или внутри зерна.

Упрочнение фасонного проката из малоуглеродистых и низколегированных сталей

Процесс обработки

В 80-е годы XX века было внедрено производство термически упрочнённого фасонного проката (уголки, швеллеры, двутавровые балки) на среднесортовом стане 450 Западно-Сибирского Металлургического Комбината (Новокузнецк). После прохождения последней клети прокат проходил камеру с подачей воды под давлением для ускоренного охлаждения поверхности металла. После прохождения охлаждающей камеры происходил самоотпуск поверхности проката за счёт тепла, аккумулированного в центральной части профиля. Центральная часть профиля охлаждалась с повышенной скоростью. Марки стали, проходившие термомеханическое упрочнение — Ст3сп, Ст3пс, 09Г2С, 12Г2С и т.п.

Влияние на микроструктуру и свойства

Процесс термомеханического упрочнения привёл к образованию микроструктуры «естественного композита». Поверхностные слои имели строение отпущенного мартенсита с небольшими количествами бейнита. Микроструктура внутреннего слоя представляла обычную феррито-перлитную смесь, но более мелкозернистую. Соответственно менялась и твёрдость, определённая по методу Виккерса. Поверхностные слои имели твёрдость до 300 HV, тогда как твёрдость центрального слоя составляла около 150 HV.

Процесс обработки

Была разработана технология термического упрочнения листового проката в потоке прокатки на стане 3600 Металлургического комбината «Азовсталь» (Мариуполь). Марки стали, проходившие термическое упрочнение — ВСт3пс, ВСт3сп, 12Г2С, 17Г2С, 14Г2АФ и др.

Влияние на микроструктуру и свойства

В результате термомеханического упрочнения была получена макронеоднородная слоистая структура (видна при визуальном контроле травлёного сечения). Методами просвечивающей электронной микроскопии в поверхностных слоях была обнаружена развитая ячеистая субструктура (полигонизация). По субзёренным границам выделялись карбидные частицы. Плотность дислокаций в поверхностном слое составляла: ρ = 7 . В центральных по толщине слоях листа увеличивалась доля вытянутых зёрен феррита. Плотность дислокаций уменьшалась до ρ = 1,7.

Отличительной особенностью термически упрочнённого листового проката является изменение формы диаграммы деформации.Отклонение от закона Гука (упругого поведения) начинается при меньших напряжениях (). Порог хладноломкости для образцов на ударную вязкость с острым надрезом составлял около −70 °C. Исследование хладостойкости сварных соединений термически упрочнённого листового проката (моделирование с помощью наплавки) показало, что возможно их применение для строительства в климатических районах до −65 °C.

1.3. Титановые сплавы

Титановые сплавы, сплавы на основе титана. Лёгкость, высокая прочность в интервале температур от криогенных (-250 °С) до умеренно высоких (300— 600 °С) и отличная коррозионная стойкость обеспечивают Т. с. хорошие перспективы применения в качестве конструкционных материалов во многих областях, в частности в авиации и др. отраслях транспортного машиностроения.

Т. с. получают путём легирования титана следующими элементами (числа в скобках — максимальная для промышленных сплавов концентрация легирующей добавки в % по массе): Al (8), V (16), Mo (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Как микродобавки применяются Pd (0,2) для повышения коррозионной стойкости и В (0,01) для измельчения зерна. Легирующие добавки имеют различную растворимость в a и b-Ti и изменяют температуру a/b-превращения. Алюминий, а также кислород и азот, предпочтительнее растворяющиеся в a-Ti, повышают эту температуру по мере увеличения их концентрации, что ведёт к расширению области существования a-модификации; такие элементы называются a-стабилизаторами. Sn и Zr хорошо растворяются в обеих аллотропических модификациях титана и очень мало влияют на температуру "a/b-превращения; они относятся к так называемым нейтральным упрочнителям. Все остальные добавки к промышленным Т. с. предпочтительнее растворяются в b-Ti, являются b-стабилизаторами и снижают температуру полиморфного превращения титана. Их растворимость в aи b-модификациях титана меняется с температурой, что позволяет упрочнять сплавы, содержащие эти элементы, путём закалки и старения.

В связи с наличием полиморфизма титана и его способностью образовывать твёрдые растворы и химические соединения со многими элементами диаграммы состояния Т. с. отличаются большим разнообразием. Однако в промышленных Т. с. концентрация легирующих элементов, как правило, не выходит за пределы твёрдых растворов на основе a-Ti и b-Ti и металлидные фазы обычно не наблюдаются.

В нелегированном титане, а также в сплавах титана с a-стабилизаторами и нейтральными упрочнителями нельзя зафиксировать высокотемпературную b-модификацию путём закалки ввиду наличия мартенситного превращения, в результате которого образуется вторичная a-фаза игольчатой формы. В сплавах же с b-стабилизаторами можно, в зависимости от концентрации, зафиксировать любое количество b-фазы вплоть до 100%. На сплошную b-структуру могут закаливаться двойные сплавы, содержащие не менее 4% Fe, 7% Mn, 7% Cr, 10% Mo, 14% V, 35% Nb, 50% Ta; эти концентрации называются критическими. В закалённых сплавах докритического и критического составов (b-фаза является нестабильной и при последующей низкотемпературной обработке (старении) распадается с образованием дисперсных выделений вторичной a-фазы, что даёт эффект упрочнения. В сплавах закритического состава (например, Ti — 30% Mo) образуется стабильная b-фаза и эффекта упрочнения не наблюдается.

Общепринято деление промышленных Т. с. на 3 группы по типу структуры. К сплавам на основе a-структуры относятся сплавы с Al, Sn и Zr, а также с небольшим количеством b-стабилизаторов (0,5—2%). Ввиду незначительного количества или даже отсутствия в их структуре b-фазы они практически не упрочняются термической обработкой и поэтому относятся к категории сплавов средней прочности (sb = 700—950 Мн/м2; или 70—95 кгс/мм2). Листовая штамповка этих Т. с. возможна только вгорячую. Достоинства a-сплавов — отличная свариваемость, высокий предел ползучести и отсутствие необходимости в термической обработке, а также отличные литейные свойства, что важно для фасонного литья. Малолегированные a-сплавы, а также относимый к этой группе технический титан, имеющие предел прочности менее 700 Мн/м2(70 кгс/мм2), поддаются листовой штамповке вхолодную. Двухфазные a+ b-сплавы — наиболее многочисленная группа промышленных Т. с. Эти сплавы отличаются более высокой технологической пластичностью, чем a-сплавы, и вместе с тем могут быть термически обработаны до очень высокой прочности (sb = 1500—1800 Мн/м2, или 150—180 кг/мм2); они могут обладать высокой жаропрочностью. К недостаткам двухфазных сплавов следует отнести несколько худшую свариваемость по сравнению со сплавами предыдущей группы, так как в зоне термического влияния возможно появление хрупких участков и образование трещин, для предотвращения чего требуется специальная термическая обработка после сварки. Сплавы на основе b-структуры имеют наиболее высокую технологическую пластичность и хорошо поддаются листовой штамповке вхолодную; после старения приобретают высокую прочность; хорошо свариваются, но сварные соединения нельзя подвергать упрочняющей термической обработке из-за охрупчивания, что ограничивает применение сплавов этого типа. Др. недостатком (b-сплавов является сравнительно невысокая предельная рабочая температура — примерно 300 °С; при более высоких температурах большинство сплавов этого типа становится хрупким.

Химический состав промышленных Т. с., выпускаемых в СССР, приведён в табл. 1 (с разбивкой по типу структуры). По областям применения и виду полуфабрикатов можно приблизительно подразделить сплавы на следующие группы: свариваемые сплавы преимущественно для листов (ВТ5-1, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, ВТ6С, ВТ14, ВТ15); сплавы повышенной прочности для штамповок (ВТ5, ВТ6, ВТ14, ВТ16, ВТ22); жаропрочные сплавы для штамповок (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18). Сплав ВТ6С специально рекомендуется для баллонов высокого давления, все жаропрочные сплавы — для дисков, лопаток и др. деталей компрессоров газотрубных двигателей, сплав ВТ22 — для массивных нагруженных штамповок, сплав ВТ16 — для болтов. В случае необходимости (например, при изготовлении штампосварных конструкций) все листовые сплавы могут применяться для изготовления штамповок.

Химический состав промышленных титановых сплавов СССР

Тип сплава

Марка сплава

 

Химический состав, % (остальное Ti)

Аl

V

Mo

Mn

Cr

Si

другие элементы

a

ВТ5

ВТ5-1

4,3—6,2 4,5—6,0

2—3 Sn

Псевдо-a

ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4

ВТ20 ВТ18

0,2—1,4 1,0—2,5 3,5—5,0 6,0—7,5 7,2—8,2

0,8—1,8

0,5—2,0

0,2—1,0

0,2—1,3

0,7—2,0

0,8—2,0

0,18—0,5

1,5—2,5 Zr 0,5—1,5 Nb 10—12 Zr

a + b

ВТ6С

ВТ6

ВТ8

ВТ9

ВТ3-1 ВТ14 ВТ16 ВТ22

5,0—6,5 5,5—7,0 6,0—7,3 5,8—7,0 5,5—7,0 4,5—6,3 1,6—3,0 4,0—5,7

3,5—4,5 4,2—6,0 —

0,9—1,9 4,0—5,0 4,0—5,5

2,8—3,8 2,8—3,8 2,0—3,0 2,5—3,8 4,5—5,5 4,5—5,0

1,0—2,5 —

0,5—2,0

0,20—0,40 0,20—0,36 0,15—0,40

0,8—2,5 Zr 0,2—0,7 Fe

0,5—1,5 Fe

b

ВТ15

2,3—3,6

6,8—8,0

9,5—11,0

1,0 Zr

Механические свойства Т. с. в отожжённом и термически упрочнённом состоянии приведены в таблице 2. Кроме обычной термической обработки, состоящей из закалки и старения, применяются различные режимы отжига, термомеханическая обработка (например, закалка из-под штампа с последующим старением), а также изотермическая деформация (медленная штамповка в штампах, нагретых до температуры деформации). В последнем случае достигаются очень однородные и высокие механические свойства. Титан и его сплавы могут подвергаться ковке, объёмной и листовой штамповке, прокатке, прессованию, волочению; из них можно получать те же полуфабрикаты, что и из др. конструкционных металлов, с учётом повышенной склонности титана к окислению при нагреве. Рекомендуется применять защитные эмалевые покрытия, которые при обработке давлением одновременно являются технологическими смазками. Термическую обработку следует проводить в печах с нейтральной атмосферой или в вакууме. Большинство промышленных Т. с. имеют довольно узкий интервал кристаллизации и поэтому обладают удовлетворительными литейными свойствами. Для получения фасонных отливок предпочтительнее a-сплавы, которые, кроме хороших литейных свойств, позволяют заваривать дефекты. Наиболее употребительный в СССР литейный Т. с. — сплав ВТ5Л. Для деталей повышенной прочности применяются сплавы ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ20Л и др. В качестве материала для форм используются специальные керамические и графитовые смеси а также стальные кокили.

Табл.2. — Механические свойства титановых сплавов (типичные)

Марка сплава

Вид полуфа-бриката

Размеры (диаметр прутка или толщина листа, мм)

Режим термообработки

Предел прочности, Мн/м2 ("0,1 кгс/ мм2)

Относительное удлинение, %

ВТ5

ВТ5-1

Пруток

Лист

10—60

0,8—10

Отжиг

"

750—950

750—950

10

15—8*

ОТ4-0

ОТ4-1

ОТ4

ВТ20

ВТ18

Лист

"

"

"

Пруток

0,3—10

0,3—10

0,5—10

1,0—10

25—35

Отжиг

"

"

"

"

500—650

600—750

700—900

950—1150

950—1150

25—20

20—13

20—12

12—8

10

ВТ6С

 

ВТ6

 

ВТ8

 

 

 

ВТ9

 

ВТ3-1

 

 

 

ВТ14

 

ВТ16

ВТ22

Лист

 

Пруток

 

"

 

 

 

"

 

"

 

 

 

Лист

 

Пруток

"

1—10

 

10—60

 

10—60

 

 

 

10—60

 

10—60

 

 

 

0,6—10

 

4—16

25—60

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

Закалка и старение

Отжиг

"

850—1000

1050

920—1120

1100

1000—1200

750 (при 450 °C) 600 (при 500 °C) 1200

1050—1250

1200

1000—1200

750 (при 400 °C) 650 (при 450 °C) 1200

850—1070

1100—1200

830—950

1100—1250

12—8

8

10

6

9

 

 

6

9

6

8

 

 

6

8

6—4

16

10

ВТ15

Лист

1—4

Закалка

Закалка и старение

850—1000

1300

12

4

* Первое значение для минимальной толщины, второе — для максимальной.

В стадии промышленной разработки находятся высоколегированные сплавы Ti — Ni, представляющие собой по составу практически чистое химическое соединение никелид титана. Сплавы такого типа, получившие название "нитинол", обладают способностью при определённых условиях восстанавливать свою первоначальную форму после некоторой пластической деформации ("эффект памяти"), что используется, например, в автоматическом реле противопожарных устройств и т. п.

1.4. Алюминиевые сплавы.

Деформируемые алюминиевые сплавы

Высокопрочные Al сплавы

Высокоресурсные Al сплавы

Алюминийлитиевые сплавы пониженной плотности

Жаропрочные и криогенные Al сплавы

Свариваемые коррозионностойкие высокотехнологичные Al сплавы

Высокопрочные Al сплавы

Высокопрочные Al сплавы на базе системы Al-Zn-Mg-Cu (Zr) обладают наивысшей удельной прочностью при большом диапазоне прочностных характеристик (σв=500-700 МПа) и универсальной номенклатурой полуфабрикатов (катаных, прессованных, кованых). Широкое назначение - авиакосмическая и ракетная техника, наземный транспорт.

Преимущества:
- повышенная весовая эффективность 15-25%;

- длительный ресурс.

 

Динамика развития комплекса свойств высокопрочных сплавов для авиационной техники

В96Ц3п.ч. (1965-1) Т12/Т22 - особопрочный (σв≥615-645 МПа; σ0,2≥595-620 МПа; δ>7-8%) сплав, рекомендуется вместо сплавов типа В95о.ч.-Т2 в основном в виде длинномерных катаных (плиты, листы) и прессованных (профили, панели, полосы) полуфабрикатов для верхних обшивок крыла, стоек, балок и других элементов в преимущественно сжатых зонах планера перспективных самолетных конструкций.  Из сплава освоено литье крупногабаритных круглых и плоских слитков; сплав обладает хорошей  технологической пластичностью при изготовлении полуфабрикатов в металлургическом производстве.                                                

 

 Длинномерная (до 15 м) плита из сплава В96Ц3п.ч.

           

В95о.ч., В95п.ч., (σв≥500-560 МПа) - (σв≥500-540 МПа; σ0,2≥430-480 МПа; δ>7-8%) - наиболее широко применяемые высокопрочные сплавы преимущественно в виде катаных и прессованных длинномерных (до 30 м) полуфабрикатов для обшивок верха крыла (плит, листов), стрингеров (гнутых листовых и прессованных), балок, стоек и других элементов фюзеляжа и крыла современных самолетов (Ту-204, Ил-96, Бе-200).

1933-Т2/Т3 - основной высокопрочный ковочный алюминиевый сплав для внутреннего силового набора (фитингов, шпангоутов и др.), обладает высоким уровнем прочностных свойств (в зависимости от состояния σв≥450-520 МПа; σ0,2≥380-460 МПа), характеристик ресурса (вязкости разрушения: К1с≥37-44 МПа·√м; сопротивления усталости), коррозионной стойкости.

Благодаря высокой технологичности сплава 1933 при литье, обработке давлением и термической обработке в серийном производстве изготовляют кованые и прессованные полуфабрикаты в широком диапазоне размеров - массой до 2000 кг и толщиной до 400 мм.

Разработаны режимы малодеформационной закалки в полимерные среды и трехступенчатого старения Т123 крупногабаритных штамповок из сплава 1933, обеспечивающие улучшенный комплекс прочностных и ресурсных характеристик в сочетании с пониженным в 1,5-3 раза уровнем закалочных напряжений, что позволяет значительно уменьшить поводки и коробление деталей при механической обработке, снизить массу конструкции на 10-15% и продлить эксплуатационный ресурс конструкции в 1,5 раза.

Квоты преимущества сплава 1933 в состояниях Т122 и Т123 перед серийными отечественными (1933-Т2) и зарубежными сплавами составляют: по прочностным характеристикам - 6-12%, по вязкости разрушения - 15-50%, по малоцикловой усталости - 35-80%.

Самолет SSJ

Сплав 1933 в состояниях Т2 и Т3 широко применен в современных самолетах Ан-148, SSJ в виде крупногабаритных поковок, штамповок и прессованных полос для массивных элементов внутреннего силового каркаса.

 а)

 б)

 в)

 

   Штамповки из сплава 1933 для фитингов самолета SSJ (а, б) и для шпангоута самолета Ан-225 «Мрия» (в) 

Новый ковочный высокопрочный сплав В-1963 предназначен для сильно нагруженных деталей внутреннего набора планера (типа шпангоутов, фитингов, балок и др.) в изделиях перспективной авиакосмической техники. Благодаря легированию серебром и скандием удалось одновременно повысить прочностные характеристики (σв≥560-580 МПа; σ0,2≥480-520 МПа; δ>8%) - на 10-20%, вязкость разрушения (К1с≥33-34 МПа·√м) - на 15-25% и сопротивление усталости - в 1,8 - 2,3 раза по сравнению с серийными отечественными и зарубежными сплавами. Сплав обладает также улучшенными характеристиками свариваемости по сравнению с аналогичными сплавами без серебра  (σв.св. = 0,7σв).

В96Ц, В96Ц1 - самые прочные сплавы (σв=670-700 МПа) - нашли широкое эффективное применение для концевых деталей центрифуг, предназначенных для получения обогащенного урана 235, в виде горячепрессованных труб и штамповок, а также прессованных полуфабрикатов для корпусов ракет и винтовых насосов.

 

Высокоресурсные Al сплавы

1163-Т, Т7 - современный высокоресурсный сплав типа дуралюмин (σв≥420 - 460 МПа) с высоким уровнем характеристик трещиностойкости (>135 МПа·√м при В=750 мм - для листов) и усталости (МЦУ для плит): N=200 кциклов, при σmax=157 МПа; R=0,1; f=2-3 Гц); основной материал для обшивок фюзеляжа и низа крыла, в том числе в виде листов с твердой плакировкой РД для повышения сопротивления усталости. Выпускается вся номенклатура промышленных полуфабрикатов (листы, плиты, прессованные профили и панели), в том числе длинномерные (до 30 м).

 

Алюминийлитиевые сплавы пониженной плотности

1420-ТГ1(ТВ1) - среднепрочный коррозионностойкий высокомодульный свариваемый сплав пониженной плотности (d=2,47 г/см3, Е=78 ГПа; свойства в направлении Д: σв ≥ 420 МПа, σ0,2 ≥ 270 МПа, δ ≥ 9 %).

Предназначен для использования в конструкции самолетов (сварные герметичные отсеки, окантовки иллюминаторов, компоненты кабины); корпусах ракет; в наземном транспорте (штампованные колеса). Применение сплава обеспечивает для изделий авиакосмической техники снижение массы клепаной конструкции до 12 %, сварной - до 24%. Эффективно использование сплава 1420 для изготовления штамповок вместо сплава АК6 в связи с пониженной на 10% плотностью, повышенными характеристиками усталости и коррозионной стойкости, модулем упругости.

Применен в клепаных фюзеляжах палубных штурмовиков вертикального взлета ЯК-36 и ЯК-38; в виде штамповок в пассажирском самолете ЯК-42; в сварных топливных баках и сварной кабине пилота истребителя МиГ-29М; в изделиях Су-27 (до 800 деталей); Ту-204; Ми-26Т.

Штамповка - окантовка иллюминатора - из сплава 1420ТГ1

 1424-ТГ1/ТГ2 -  среднепрочный коррозионностойкий свариваемый сплав пониженной плотности, с высокими модулем упругости (d=2,54 г/см3, Е=80 ГПа, σв>430-460 МПа, σ0,2>290-350 МПа)  и характеристиками вязкости разрушения, трещиностойкости и  термической стабильности при длительных солнечных нагревах. Освоено производство листов, прессованных профилей, в том числе с закалкой на желобе пресса (ТГ2), разработаны технологии сварки (σв.св=0,8σв) и изготовления деталей сложной конфигурации в режиме сверхпластичности. Рекомендуется для клепаных и сварных конструкций авиакосмической техники (обшивка и внутренний набор фюзеляжа, сварные элементы конструкций), обеспечивает снижение массы на 10-20%.

1441-Т1 - высокотехнологичный среднепрочный высокомодульный сплав
(σв≥410 МПа, Е=80 ГПа, d=2,6 г/см3, СРТУ(dl/dN)=1,4 мм/кцикл при ∆К=31 МПа√м,
f=5 Гц), позволяет получать плакированные и неплакированные листы толщиной до 0,3 мм методом холодной рулонной прокатки. Показано, что СРТУ в листах сплава 1441Т1 в коррозионной среде (3,5%-ный раствор NaCl) при низких частотах нагружения (f=0,01Гц) сохраняет низкие значения, сопоставимые с СРТУ листов сплава Д16чТ.

Освоено промышленное  производство листов с различной регламентированной плакировкой, прессованных профилей и плит. Рекомендуется для силовых элементов планера (обшивок фюзеляжа, стрингерного набора), работающих во всеклиматических условиях до температуры 130°С.

Обшивочные листы сплава 1441 успешно и длительно применяются в гидросамолетах Бе-103 и Бе-200 ОАО «ТАНТК им. Г.М. Бериева».

Гидросамолет Бе-103, обшивка из листов сплава 1441Т1

В-1461-T1 - высокопрочный коррозионностойкий свариваемый сплав пониженной плотности, с повышенным модулем упругости  (d=2,63 г/см3, Е=79,5 ГПа, σв>540-560 МПа, σ0,2>490-510 МПа), обладает высокими характеристиками. Освоено производство листов, плит и прессованных полуфабрикатов. Рекомендуется для клепаных и сварных конструкций авиакосмической техники (обшивка и силовой набор планера, элементы конструкций), обеспечивает снижение массы на 8-15% и работоспособность в широком интервале температур - от криогенных до повышенных:

(=270 МПа, =250 МПа).

 

В-1469-Т1 - высокопрочный коррозионностойкий свариваемый сплав пониженной плотности (d=2,67 г/см3, Е=78-80 ГПа, σв≥580-600 МПа, σ0,2≥540-560 МПа, δ≥8 %, σкр=400 МПа, σвсв/σв>0,6). Технологичен при литье и обработке давлением, что позволяет получать из него все виды полуфабрикатов, в том числе листы холодной рулонной прокаткой, сваривается всеми видами сварки. Освоено промышленное производство листов толщиной 1,2-6,0 мм и прессованных профилей. Рекомендуется для элементов, работающих на сжатие длительно во всеклиматических условиях до температур 150 °С (верхние поверхности крыла, лонжероны, балки, стрингеры). Эффективное использование в авиационной и ракетно-космической технике обеспечивает снижение массы деталей и узлов на 10% в клёпаной и на 20% в сварной конструкции.

 

Прессованные профили из сплава В-1469

 

Жаропрочные и криогенные Al сплавы

АК4-1ч. - основной жаропрочный сплав средней прочности (σв=420 МПа, =270 МПа) для греющихся авиационных конструкций, в том числе для деталей  двигателей. Широко используется в виде плит, листов, штамповок.

АК4-2ч. - сплав с повышенной на 10-15% трещиностойкостью по сравнению со сплавом АК4-1ч, при близкой прочности.

Д20  -  разработан для деталей ТРД, работающих при температурах до 300-350°С, сварных  деталей и ёмкостей,  работающих кратковременно при температурах  - 253 до 300°С (σв=380 МПа, =280 МПа) 

1213 - новый высокопрочный (σв≥480-500  МПа) жаропрочный сплав (легированный серебром) с повышенной трещиностойкостью  (К1С~35 МПа√м); СРТУ (dl/dN) ~ 3 мм /кцикл). Освоено опытно-промышленное производство листов, профилей, штамповок.

1215 - сплав повышенной прочности и жаропрочности (σв=500 МПа, =300 МПа, =155 МПа); освоен в опытно-промышленном производстве.

 

Свариваемые коррозионностойкие высокотехнологичные Al сплавы

АМг2, АМгЗ, АМг6 - термически не упрочняемые сплавы для внутреннего набора самолетов, сварных емкостей и топливных баков, прочность сварных соединений составляет 0,9-0,95 прочности основного материала. Сплав, легированный скандием (1577), имеет прочность в отожженном состоянии, близкую к прочности закаленного и естественно состаренного сплава Д16ч.-Т, и позволяет изготовлять сложные по конфигурации детали в режиме сверхпластичности (δСПД=500-1000%).

 1370Т1 - высокотехнологичный коррозионностойкий термически упрочняемый сплав с повышенными характеристиками жаропрочности (>400-450 МПа, >350-370 МПа, =290 МПа, =240 МПа) и технологичности при холодной деформации. Сплав используется в виде листов толщиной 0,5-1,2 мм на самолете Ан-148 (обшивка и гофры носовой части стабилизатора, гофры предкрылков и отклоняемого носка крыла). Освоено производство листов, прессованных профилей и плит, разработана технология сварки. Рекомендуется для обшивки и внутреннего набора фюзеляжа.

1913 (В91п.ч.)-Т3 - коррозионностойкий свариваемый термически упрочняемый сплав с высокой прочностью сварных соединений (>450 МПа, >350 МПа, σв.св=0,9σв). Освоено производство листов, прессованных профилей и штамповок, разработана технология сварки. Рекомендуется для применения в авиационной технике, в том числе для гидросамолетов и экранопланов, а также для строительных конструкций.

В-1341-Т(Т1) - высокотехнологичный коррозионностойкий свариваемый сплав средней прочности (свойства в состоянии Т1: σв ≥ 330 МПа; σ0,2 ≥ 260 МПа; δ ≥ 10%, МКК < 0,105 мм). Разработана промышленная технология получения листов толщиной 0,6-3,0 мм с размером зерна менее 50 мкм, что обеспечивает их высокую технологичность при холодном формообразовании (Квыд до 40%, rmin = (0,5-1)s, s - толщина листа). Рекомендуется использование в изделиях авиационной техники в виде обшивок, деталей внутреннего набора, перегородок, крепежных узлов, трубопроводов, сварных баллонов различного назначения, работающих в диапазоне температур от -70 до +150°С. Применение тонких листов (до 1,5 мм) в сварных баллонах, работающих под внутренним давлением, вместо листов сплава АМг4 (до 3 мм) обеспечивает герметичность по основному металлу и снижение массы изделий на 35-40%. Применен в новом региональном самолете SSJ. Может быть применен в конструкциях наземного транспорта (топливные баки и др.). Освоено промышленное производство всех видов полуфабрикатов.

 

 Сварной баллон, работающий под давлением

 

  Полупатрубок

(штамповка за 1 переход)

  

Слоистые алюмостеклопластики СИАЛы

Слоистые алюмостеклопластики СИАЛы - новый класс конструкционных материалов, состоящих из тонких (0,3-0,5 мм) алюминиевых листов и прослоек клеевого препрега со стекловолокнами различной структуры армирования в зависимости от назначений деталей.

 

Материалы отличаются чрезвычайно высоким сопротивлением росту трещины усталости (d2l/dN<0,2 мм/кцикл) при пониженной плотности (2,35-2,55 г/см3), повышенной прочности и пожаростойкости. СИАЛы (СИАЛ-3-1 и др.) на базе листов из высокотехнологичного Al-Li  сплава 1441 обладают дополнительно повышенными модулем упругости (62-70 ГПа) и теплостойкостью.

 

         Кривые роста трещины усталости

Сравнительные свойства

Свойство

СИАЛ

1163-Т

1441-Т1 

Плотность, г/см3

2,35-2,55

2,78

 2,60

Прочность σв, МПа

600-1200

450

 450

 

Изменение температуры на расстоянии 100 мм от листов со стороны, противоположной пламени (пожаростойкость)

Предназначены для обшивок верха фюзеляжа, крыла, внутренних перегородок, стопперов трещин, в том числе для ремонта авиационной техники, с целью повышения весовой эффективности на 20-30%, живучести в 2-3 раза и ресурса.

СИАЛы применяются в элементах верхней обшивки крыла гидросамолета Бе-103.

Литейные алюминиевые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы предназначены для изготовления деталей, обладающих низкой плотностью (2500-2800 кг/м3) и высокой удельной прочностью, что позволяет в ряде случаев применять отливки взамен поковок и штамповок. При этом повышается коэффициент использования металла (КИМ) и снижается трудоемкость изготовления деталей.

Фасонное литье из алюминиевых сплавов

 Корпус агрегата

      Патрубок

АЛ4МС - высокопрочный высокотехнологичный сплав (системы Al-Si-Cu-Mg) обеспечивает при литье в кокиль σв=360-400 МПа, δ≥4%, не склонен к трещинообразованию, рабочая температура 250°С, можно отливать детали любыми способами, в том числе прогрессивным способом литья по газифицируемым и выжигаемым моделям.

ВАЛ12 - высокопрочный сплав (системы Al-Zn-Mg-Cu), литье в кокиль и жидкая штамповка, рабочая температура 250°С (длительно) и 300°С (кратковременно), σв≥550 МПа, δ≥3 %.

ВАЛ14 и ВАЛ18 - жаропрочные сплавы (системы Al-Cu-Mn), литье в песчаные формы, для высоконагруженных деталей, работающих при температурах 300-350°С, σв=380-500 МПа, δ=7,5-10%, =60 МПа, =34 МПа.

ВАЛ16 - коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав системы Al-Mg, в том числе свариваемый (σв.св=240 МПа), эксплуатирующийся при температурах от -70 до +140°С (длительно) и до 150°С (кратковременно).

1.5. Сплавы на основе меди.

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнической промышленности, электронике, приборостроении, плавильном производстве, двигателестроении. Основные сплавы, применяемые в конструкциях, – это латуни и бронзы.

Медь плавится при 1083°С, плотность 8, 94 кг/дмі, ГЦК – решетка, диамагнитна, не имеет полиморфизма, отлично электро- и теплопроводна. Выпускается 11 марок меди МООБ (99,99% Cu, бескислородная), МОБ (99,97% Cu), МО (99,95% Cu), М1 (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu) и др. Вредные элементы в меди: Bi, Pb, O, H, Se, S, Te и др. придают красноломкость, хрупкость, хладноломкость, трещиночувствительность. В таблице 7 приведены свойства меди и сплавов на ее основе.

Сплавы меди с цинком называются латунями. Они содержат до 45% Zn. Сплавы меди с другими элементами таблицы Менделеева (Ag, Al, Au, Cd, Fe, Ni, Pt, P, Sb, Sn, Zn, Be, Pb, Kd и др.) называются бронзами.

Латуни бывают деформируемые (ГОСТ 15527 – 70) и литейные (ГОСТ 17711 – 93). Деформируемые латуни обозначаются буквой «Л» и цифрой, показывающей содержание меди (Л96, Л63). Часто латуни легируют Pb, Sn, Fe, Al, Si, Mn, Ni и др. элементами с целью придания определенных свойств. В этом случае ставят после Л обозначение элемента соответственно O, Ж, А, С, Мц, Н и т.д. Числа показывают содержание меди и последующих легирующих элементов.

Например: ЛАНМц59 – 3 – 2 – 2 содержит Cu – 59%, Al – 3%, Ni – 2%, Mn – 2%, Zn – остальное – 34%.

Примечание -Н — сплав нагартованный, упрочненный со степенью пла- стической де- формации 50% (Н) и 40% (Н*); О — отожженный при 600 °С по- сле соот- ветствующей степени деформации; 3 — закаленный, (3+С) — после закал- ки и старения; (3+Н+С) — закаленый, нагартованный и соста- ренный; П — литье в песчаные формы; К— литье в кокиль

Литейные латуни обозначаются буквами ЛЦ с цифрой указывающей со- держание Zn. Их так же легируют другими элементами, например, Лц23А6Ж2Мц2 содержат: 23% – Zn, 6% – Al, 2% – Fe, 2% – Mn. По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью, жидкотекучестью, отлично обрабатываются давлением (ά – латуни) на лист, сорт, трубы, специальный профиль.

Из литейных латуней изготавливают запорную арматуру, задвижки, подшипниковые вкладыши и многое другое. Бронзы маркируют буквами Бр. В деформируемых бронзах (Гост 5017- 74,18185-78) после этих букв указывают легирующие элементы, а в конце их содержание. Например, Бр0Ф6,5-04 содержит 6,5% Sn и 0,4% P, остальное медь. Литейные бронзы маркируются (ГОСТ 613 – 79, 493 – 79) с букв. Бр, затем легирующий элемент с цифрой и т.д. Например, Бр03Ц12С5 содержит Sn – 3%, Zn – 12%, Pb – 5%, основа Cu.

Бронзы оловянистые бывают одно – и двухфазные. С увеличением содержания олова прочность увеличивается в связи с появлением, кроме ά – фазы, δ – фазы. Оловянистые бронзы бывают деформируемые и литейные. Деформируемые бронзы имеют однофазную ά – структуру, их обычно легируют фосфором (до 0,4%). К ним относятся, например, БрОФ65 – 04, БрОЦ4 -3, БрОЦС4 – 4 – 25 и т.д. Для удешевления оловянистой бронзы в нее добавляют 5 – 10% Zn, 3 – 5% Pb, чтобы получать БрОЦС 5 – 5 – 5. Литейные оловянистые бронзы Бр03Ц12С5, Бр03Ц7С5Н1, Бр05Ц5С5, Бр05С25, Бр010ФЛ и др. обычно имеют двухфазную структуру (ά + δ). Они химстойки, антифрикционны. Из них изготавливают запорную арматуру, подшипники скольжения. Фосфор вводят для легирования и лучшего раскисления от CuO, SnO.

Применяют так же алюминиевые бронзы (БрA5), алюминиевожелезистые (БрА9ЖЗ), алюминиевомарганцовистые (БрАМц 9 – 2), алюминиевожелезоникелиевые БрАЖН10 – 4 – 4), кремнистые (БрК3), кремниймарганцевые (БрКМц3 – 1), бериллиевые (БрБ2), бериллиевоникельтитановые 19), хромовые (БрХ05), хромосеребряные (БрХAg05 – 05), циркониевые (БрЦр07) и т.д. Эти бронзы имеют большую твердость и упругость, особенно бериллиевые. Алюминиевые бронзы применяются для изготовления втулок, флянцев, шестерен. Бериллиевая бронза закаливается с 800°С и подвергается старению при 300 – 350°С. Получается твердость 350 – 400 НВ. Она используется для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов и т.д.

Отличным антифрикционным материалом является свинцовистая бронза (БрС30). Из латуней, как конструкционных сплавов, изготавливают трубки, силь- фоны, гибкие гофрированные шланги, мелкий сортовой прокат, лист и т.д.

Из оловянистых бронз изготавливают антифрикционные изделия, подпят- ники, подшипники скольжения, втулки, пояски поршневых колец. Высоко- прочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестерен, втулок, пружин, подшипников.

Из бериллиевой бронзы изготавливают упругие элементы манометров, приборов, пружины, мембраны. Хромистые и циркониевые бронзы используются в двигателестроении.

1.6. Антифрикционные материалы.

Антифрикционные материалы (от англ. friction — трение) — это группа материалов, обладающих низким коэффициентом трения, или материалы способные уменьшить коэффициент трения других материалов.

Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью к износу при продолжительном трении. Используется для покрытия трущихся поверхностей (например, в подшипниках скольжения). Например, такими материалами могут служить латунь, железографит, бронза или баббит.

Эти материалы должны иметь минимальный коэффициент трения, структура покрытия должна обеспечивать антисхватывание и возможность быстрой приработки к контртелу, механические характеристики материала должны соответствовать эксплуатационным нагрузкам, должны быть достаточно износостойкими и пластичными.

Процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение тех же требований, что и для износостойких покрытий, с той лишь разницей, что при его проведении строго не ограничивается толщина покрытия.

Масляниты

Фторопласт

Газотермическое напыление

Холодное газодинамическое напыление

PVD-процесс

Политетрафторэтилен

Фторопласты


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83032. The headline features of the translation of newspaper «Day» and information materials 177 KB
  Objective on the characteristics newspaper and information transfer is to investigate lexical and grammatical aspects of translation, transmit extra translation problems, show the features category abbreviations in the newspaper and informational text and reveal stylistic means that the most used in newspaper and information texts.
83034. ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ РОБОТИ З НАДАННЯ ПОСЛУГ 161.96 KB
  У ринковій економіці номенклатура та якість послуг підприємств оптової торгівлі оцінюється їх здатністю забезпечувати для підприємств роздрібної торгівлі спрощення процедури закупівлі товарів, їх сортування, зберігання, транспортування, утримання товарних кредитів, надання різноманітної...
83035. Аналіз біологічних активів підприємства (на матеріалах ФГ «Поліська родина») 111.32 KB
  Незважаючи на вагомі наукові напрацювання в частині аналізу біологічних активів, залишається ще ряд теоретико-методологічних, практичних і організаційних проблем, які потребують подальшого ґрунтовного дослідження та практичного вирішення.
83036. Імунітет: види та фактори, що на нього впливають 101.76 KB
  У разі проникнення великої кількості чужинців або масової загибелі фагоцитів у бою з ними кістковий мозок прискорює розмноження таких клітин, і нові сили стають до боротьби. Так діє клітинний імунітет.
83037. Конкурентные преимущества «АвтоВАЗа» и «Mercedes-Benz» 106.81 KB
  Данный реферат будет посвящен авмобилестроению. Для начала познакомимся с тем, что из себя представляет эта промышленность. Само автомобилестроение является одной из составляющих машиностроительной отрасли.
83038. Космос и бурение 249.84 KB
  Одним из первых, кто отважился направиться в таежные леса на поиски метеорита был, метеоролог Л. А. Кулик. Более всего поразило исследователя отсутствие каких-либо следов самого метеорита, несмотря на грандиозность масштабов катастрофы на месте падения. Казалось, от крупного космического тела...
83039. Двойная запись на счетах 21.78 KB
  Для отражения хозяйственных операций на счетах используется особый элемент метода бухгалтерского учета – двойная запись. Так как хозяйственные средства, находящиеся в собственности предприятия, имеют двойственный характер (по размещению и источникам формирования), то и бухгалтерские счета...