CC BY
25Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 669.2/.8:629.7
ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Г. Г. Крушенко1' 2*, М. В. Елфимова3, С. Н. Решетникова2, А. Д. Кузнецов2, И. В. Кукушкин2
1 Красноярский научный центр СОР АН Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50/44 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Северная, 1
E-mail: [email protected]
Разработаны технологии, способы и средства, которые привели к росту физико-механических характеристик и эксплуатационной надежности литых деталей летательных аппаратов из алюминиево-магниевого сплава.
Ключевые слова: космические аппараты, отливки, алюминиево-магниевый сплав, повышение механических свойств.
THE USE OF ALUMINUM-MAGNESIUM ALLOYS FOR THE MANUFACTURE OF CAST PARTS OF AIRCRAFT
G. G. Krushenko1, 2*, M. V. Elfimova3, S. V. Reshetnikova2, A. D. Kuznecov2, I. V. Kukushkin2,
Krasnoyarsk Science Centre SB RAS Institute of Computational Modelling SB RAS 50/44, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 3Siberian Fire and Rescue Academy - branch of Saint-Petersburgh University of State Fire Service of EMERCOM of Russia 1, Severnaya Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: [email protected]
Technologies, methods and means have been developed that have led to the growth of physical and mechanical characteristics and operational reliability of cast parts of aircraft made of aluminum-magnesium alloy.
Keywords: space vehicles, castings, aluminum-magnesium alloy, mechanical properties improvement.
Сплавы системы Al-Mg. При производстве деталей и конструктивных элементов летательных аппаратов (ЛА) широко применяется алюминиевые сплавы [1-3], среди которых выделяются сплавы системы А1-М^ отличающиеся высокими механическими свойствами: св - находится в пределах 300...450 МПа, относительное удлинение 5 - в пределах 10.25 % и высокой удельной прочностью, выражающейся отношением прочности к удельному весу металла (ств/р) [5]. Кроме того, эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, выдерживает высокие статические, ударные и вибрационные нагрузки, хорошо обрабатываются резанием и свариваемостью.
Мероприятия по повышению качества отливок из сплава АЛ27-1. При всех положительных характеристиках алюминиево-магниевых сплавов для их достижения в получаемых из этих сплавов литых деталях требуется соответствующая «правильная» технология. В работе [7] указывается на сложность приготовления
сплавов системы A1-Mg, в частности, при литье в пес-чано-глинистые формы, когда отливки могут поражаться газовой пористостью, возникающей в результате взаимодействия металла с влагой формы, что и подтвердилось в нашей работе при освоении литья деталей из сплава АМг10ч. С целью предупреждения возможности возникновения пористости была разработан оптимальный состав формовочной смеси с добавкой только борной кислоты, при использовании которой газовая пористость в отливках конструкций ЛА из сплава АМг10ч была полностью исключена [9].
Дегазация лигатур. Одним из источников попадания газов в сплав АМг10ч могут служить лигатуры А1-Т и А1-2г, технология приготовления которых связана с применением высоких температур, что способствует их газонасыщению, в основном - водородом. С целью удаления водорода из указанных лигатур в настоящей работе их предварительно по-отдельности переплавляли в течение 15 мин в ваку-
Решетневскуе чтения. 2018
умной индукционной высокочастотной печи при 1 100-1 200 °С и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей разливкой сплава слоем 15-20 мм в изложницы без снятия вакуума [10].
Определение очередности загрузки шихтовых материалов. Ввиду присутствия в шихте компонентов, отличающихся разной склонностью к окислению, а также температурами плавления, с целью получения требуемого состава и максимальных механических свойств сплава возникла необходимость определить очередность их расплавления. В результате был выбран вариант, при котором одновременно расплавляли алюминий и лигатуры Al-Be, Al-Zr и Al-Mn, доводили температуру расплава до 700...710 оС и вводили магний; доводили температуру до 720.730 оС, рафинировали сплав гексахлорэтаном, поднимали температуру до 780.800 оС, вводили KBF4, снижали температуру до 730 оС, выстаивали 5 мин и производили заливку.
Высокотемпературная обработка расплава.
Сплав готовили в индукционной печи и при повышении температуры производили заливку проб. Анализ результатов испытаний механических свойств, вырезанных из проб образцов показал, что оптимальное сочетание прочности и пластичности дает заливка с 750 оС: ств = 445 МПа, 5 = 30 %, НВ = 95 ед. Рост механических свойств с повышением температуры заливки подтвердился и при литье деталей ЛА -«крыльчатки» (лопатки оформлялись песчаным стержнем) и «кронштейна» (земляная форма). Максимальные свойства первой детали (ств = 410 МПа, 5 = 33 %, НВ = 93 ед.) были получены при температуре литья, равной 8000С, второй (ств = 390 МПа, 5 = 28 %, НВ = 95 ед.) при заливке с 860 оС.
Фильтрование жидкого сплава. Ввиду того, что с повышением температуры расплава усиливаются процессы окисления и газонасыщения, что ухудшает качество отливок, была проведена работа по предотвращению негативных последствий перегрева. При этом сплав заливали в форму через магнезии-товую крошку. При этом максимальные свойства (ств = 430 МПа, 5 = 36 %, НВ = 95 ед.) были получены при заливке с 750 оС, тогда как при заливке без фильтрования они оказались ниже: ств = 400 МПа (меньше на 7,5 %), 5 = 30 % (меньше на 20 %), НВ = 95 ед.).
Выводы. В результате поведенных исследований были разработаны технологии приготовления сплава АМг10ч с повышенными механическими свойствами.
Библиографические ссылки
1. Aluminium alloys for aircraft structures // Introduction to Aerospace Materials. 2012. P. 173-201.
2. Фридляндер И. Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970-2000 и 2001-2015 гг. // МиТОМ. 2001. №. 1. С. 5-9.
3. Dursun T., Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys. Revie Materials & Design. 2014. Vol. 56. P. 862-871.
4. Moreto J. A. et al. SVET, SKP and EIS study of the corrosion behaviour of high strength Al and Al-Li alloys
used in aircraft fabrication. Corrosion Science. 2014. Vol. 84. P. 30-41.
5. Codden R. Aluminium: Physical properties, characteristics and alloys // Training in aluminium application technologies. Alcan. Banbury: European Aluminium Association. 1994. 60 p.
6. Колобнев И. Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов. 2-е перераб. и доп. изд. М. : Металлургия, 1966. 395 с.
7. Li H-T et al. Oxides in Liquid Metals and Alloys. BCAST. Brunel Centre for Advanced Solidification Technology. BCAST, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, UK. P. 93-110.
8. Крушенко Г. Г. Влияние добавок в формовочную смесь борной кислоты на свойства отливок из Al-сплавов // Литейное производство. 2012. № 10. С. 27-29.
9. Патент РФ № 2430177. Способ получения литейного алюминиево-магниевого сплава Заявка № 2010100057/02 от 11.01.2010 / Г. Г. Крушенко. Бюл., 2011. № 27.
References
1. [Aluminium alloys for aircraft structures]. Introduction to Aerospace Materials, 2012, P. 173-201.
2. Fridljander I. N. [Aluminum alloys in aircraft during periods of 1970 the 2000 and 2001 the 2015]. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka metallov, 2001, No. 1. P. 5-9. (In Russ.)
3. Dursun T., Soutis C. [Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys]. Revie Materials & Design, April 2014, Vol. 56, P. 862-871.
4. Moreto J. A. et al. [SVET, SKP and EIS study of the corrosion behaviour of high strength Al and Al-Li alloys used in aircraft fabrication]. Corrosion Science, July 2014, Vol. 84, P. 30-41.
5. Codden R. Aluminium: Physical properties, characteristics and alloys. Training in aluminium application technologies. Alcan. Banbury: European Aluminium Association. 1994. 60 p.
6. Kolobnev I. F. Termicheskaja obrabotka aljuminievyh splavov. Vtoroe pererab. i dop. izd. [Heat treatment of aluminum alloys. Second Rev. and ext. ed.]. Moscow, Metallugy, 1966, 395 p.
7. Li H-T et al. Oxides in Liquid Metals and Alloys. BCAST. Brunel Centre for Advanced Solidification Technology. BCAST, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, UK. P. 93-110.
8. Krushenko G. G. [The influence of additives in the molding mixture of boric acid on the properties of cast Al-alloys]. Litejnoe proizvodstvo, 2012, No. 10, P. 27-29. (In Russ.)
9. Krushenko G. G. Sposob poluchenija litejnogo aljuminievo-magnievogo splava [A method of obtaining a casting of aluminum-magnesium alloy]. Patent RF, no. 2430177, 2010.
© Крушенко Г. Г., Елфимова М. В., Решетникова С. Н., Кузнецов А. Д., Кукушкин И. В., 2018
