Материал: Специальные сплавы в аэрокосмической технике. Миленин А.В., Ожерельев В.В
Рис. 18. Механические свойства сплава АК4–1 при повышенных температурах (прессованный пруток, закалка и искусственное старение); выдержка при температуре испытания 30 мин. [15]
На рис. 19 продемонстрированы поверхности ликвидуса диаграммы системы А1-Сu-Мg, где сплошными линиями очерчены границы поверхностей первичной кристаллизации – алюминиевого раствора (α), СuAl2 и фаз S (А12СuМg), Т и β.
Рис. 19. Поверхность ликвидуса системы А1-Сu-Мg [15]
31
На рис. 20 представлены изотермические разрезы системы, отвечающие 500 °С и 20 °С.
Согласно изотермическим разрезам тройной диаграммы состояния А1-Сu-Мg с повышением температуры область твердого раствора сильно расширяется и сплавы при низких температурах, будучи трехфазными (разрез при 20 °С), становятся при температуре 500 °С гомогенными твердыми растворами. Фазы СuAl2 и S при этом переходят в твердый раствор. Обе фазы характеризуются высокой твердостью и прочностью, и появление их в сплавах вызывает упрочнение материала. Железосодержащие фазы и марганцовистая фаза остаются нерастворенными.
Рис. 20. Изотермические разрезы системы А1-Сu-Мg [15]
Сплав Д20 (система А1-Сu-Мn) разработан для деталей турбореактивных двигателей, работающих при температурах до 300–350 °С, а также для сварных деталей и емкостей, работающих кратковременно при температурах 250–300 °С [16]. Микроструктура сплава в термообработанном состоянии представлена на рис. 21.
Прочностные характеристики представлены на рис. 22.
32
Рис. 21. Микроструктура сплава Д20 (прессованная полоса) в закаленном и искусственно состаренном состоянии, х200 [15]
Рис. 22. МеханическиесвойствасплаваД20при повышенных температурах(прессованнаяполоса) в закаленном и искусственно состаренном состоянии), выдержкапри температуреиспытания
30мин. [15]
Сплав 1213 – новый высокопрочный (σв ≥ 480–500 МПа) сплав, легированный серебром, обладающий повышенными жаропрочностью, трещиностойкостью, вязкостью разрушения и сопротивлением усталости. Катанные полуфабрикаты из этого сплава используются для создания биметаллических материалов с повышенной температурой эксплуатации. Сплав 1213 применяется для про-
33
изводства деталей авиационной промышленности. Освоено опыт- но-промышленное производство листов, профилей, штамповок.
Сплав 1577 – сплав, дополнительно легированный скандием. Его прочность в отожженном состоянии близка к прочности закаленного и естественно состаренного сплава марки Д16ч-Т. Прочностные характеристики данного сплава позволяют изготавливать из него сложные по конфигурации детали летательных аппаратов в режиме сверхпластичности.
Сплав 1370Т1 – высокотехнологичный, устойчивый к коррозии, термически упрочняемый сплав с повышенными характеристиками жаропрочности и технологичности при ХПД. Используется для деталей конструкций на самолете Ан-148 (обшивка, внутренний набор фюзеляжа, гофры носовой части стабилизатора, предкрылков и отклоняемого носка крыла). Сплав используется в виде листов, прессованных профилей, плит. Для него разработаны технологии сварки и холодной деформации
Сплав В-1341-Т – высокотехнологичный, устойчивый к коррозии, свариваемый сплав средней прочности (σв = 330 МПа). Сплав используется в конструкциях летательных аппаратов, работающих в интервале температур от -70 °С до + 150 °С.
3.5.Слоистые алюмостеклопластики (СИАЛы)
иалюмоорганопластики (АЛОРы)
Металлопластики представляют собой материал состоящий из чередующихся тонких листов металлических сплавов (Al или Ti) и слоев полимерных композитов (органо-, угле-или стеклопластиков). Для металлопластиков характерны высокие показатели вязкости разрушения и прочности, которые достигаются за счет армирования высокопрочными волокнами и использования компонентов с взаимодополняющими свойствами (рис. 23).
Металлопластики нашли широкое применение в элементах конструкций, работающих в условиях усталостного нагружения с повышенными требованиями к надежности и живучести, таких как зоны соединения разнородных материалов, силовые обшивки планера самолетов благодаря повышенным демпфирующим, звуко- и
34
теплоизоляционным характеристикам, ударостойкости, огнестойкости, стойкости к воздействию молнии [16].
Рис. 23. Схема металлополимерного композита [16]
В алюмоорганопластике (АЛОРы) в качестве полимерного компонента используют высокопрочные высокомодульные органопластики (ОП) на основе арамидных и других органических волокон (ОВ), которые обладают высокой удельной прочностью и жесткостью при растяжении в сочетании с большой вязкостью разрушения и специфическим взаимодействием между полимерной матрицей и ОВ.
Слоистые алюмостеклопластики (СИАЛы) представляют собой класс гибридных слоистых материалов (за рубежом серии
GLARE (Glass Laminate Aluminium REienforced)), состоящих из тонких алюминиевых листов (0,3–0,5 мм) общая доля которых составляет 60-70% и прослоек стеклопластика различной структуры армирования в зависимости от условий работы элемента [17].
СИАЛы обладают уникальной комбинацией характеристик, необходимых в строительстве самолетов нового поколения и ремонта эксплуатирующейся техники.
Преимущество СИАЛа в сравнению с монолитными А1 листами заключается в чрезвычайно высоком сопротивлении развитию усталостных трещин (более чем в 10 раз), которые «вязнут» в клеевых прослойках стеклопластика. Подобное преимущества сохраняется и в клепаных конструкциях.
Материалы GLARE (аналоги СИАЛа) эффективно использованы компанией Airbus для верхней обшивки фюзеляжа самолета А-380 (рис. 24).
35