Применение конструкционных сплавов системы Al-Mg-Sc для изготовления теплообменной аппаратуры повышенной прочности Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Библиографические ссылки

1. Торнер Р. В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). М. : Химия, 1977. 462 с.

2. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

3. Пен Р. З., Менчер М. Н. Статистические методы в целлюлозно-бумажном производстве. М. : Лесная промышленность, 1973. 120 с.

References

1. Tomer R. V. Teoreticheskie osnovyi pererabotki polimerov (mehanika protsessov) [Theoretical

fundamentals of polymer processing (processes mechanics)]. M. : Himiya, 1977, 462 р.

2. Syisoev S. K., Syisoev A. S. Ekstruzionnoe honingovanie detaley letatelnyih apparatov: teoriya, issledovaniya, praktika [Extrusion honing aircraft details: theory, research, practice] ; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2005, 220 p.

3. Pen R. Z., Mencher M. N. Statisticheskie metodyi v tsellyulozno-bumazhnom proizvodstve [Statistical methods in the pulp and paper industry]. M. : Lesnaya promyishlennost, 1973, 120 р.

© Теряев Н. С., Сысоева Л. П., Сысоев А. С., Сысоев С. К., 2015

УДК 621.791.3

ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Mg-Sc ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

С. Е. Цветков1, В. В. Степанов2, В. Н. Колесников2

1 Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

Российская Федерация, 107023, г. Москва, ул. Б. Семеновская, 38

2Федеральное государственное унитарное предприятие «НПО «Техномаш» Российская Федерация, 127018, г. Москва, 3-й проезд Марьиной Рощи, 40 *E-mail: [email protected]

Рассмотрены пути повышения эффективности работы теплообменной аппаратуры за счет использования в качестве основного материала алюминиевых сплавов повышенной прочности. На основании проведенного анализа рассмотрены достоинства и недостатки существующих в настоящее время алюминиевых сплавов с повышенной прочностью.

Ключевые слова: высокотемпературная пайка, термоплата, повышение прочности, алюминий и его сплавы, припои, паяное соединение.

APPLYING CONSTRUCTIONAL ALLOYS Al-Mg-Sc - SYSTEM TO MANUFACTURE HARD STRENGHT HEAT EXCHANGER

S. E. Tsvetkov1, V. V. Stepanov2, V. N. Kolesnikov2

:Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI) 38, Bolshaya Semenovskaya Str., Moscow, 107023, Russian Federation

2Federal State Unitary Enterprise «Tekhnomash» 40, 3rd proyezd Marinoy Roshchy, Moscow, 127018, Russian Federation *E-mail: [email protected]

The paper considers ways of improving the efficiency of heat exchange equipment for use as a main material of aluminum alloys with high strength characteristics. On the basis of the conducted analysis of the advantages and disadvantages of the currently existing aluminum alloys with high strength are considered.

Keywords: brazing, heat exchanger, aluminum alloys, brazing alloy, braze joints.

Развитие современной авиационной и космической техники привело к необходимости использования более мощного бортового оборудования, которое в процессе эксплуатации характеризуется повышенным тепловыделением, что приводит к ухудшению температурных условий работы различных узлов. В связи с этим при разработке современной техники следует обеспечить использование достаточно эффективных систем терморегулирования, одним

из основных элементов которых является термоплата [1]. Термоплаты предназначены для передачи тепла от тепловыделяющего элемента на рассеивающую поверхность с помощью циркулирующего теплоносителя.

Конструкция термоплаты зависит от заданных условий теплообмена и в большинстве случаев состоит из плоских заготовок, между которыми располагается гофрированный лист, по которому циркулирует теп-

Решетнеескцие чтения. 2015

лоноситель. Пример такой конструкции показан на рисунке.

Эффективность данного типа конструкций будет зависеть от теплопроводности основного материала и взаимодействия рабочей среды с поверхностями термоплаты. Одно из направлений увеличения эффективности термоплат заключается в увеличении скорости циркулирования рабочей среды за счёт увеличения рабочего давления и создания более разветвлённой поверхности внутренних каналов. Однако при этом возникает вероятность нарушения герметичности конструкции, поскольку термоплаты обычно изготавливаются из низкопрочных алюминиевых сплавов типа АМц. Применение более прочных алюминиевых сплавов осложняется их достаточно низкой температурой солидуса, близкой к температуре плавления стандартных припоев на основе эвтектического силумина, требующих проведения процесса пайки при температурах более 585 оС [2].

В работе рассматривается возможность использования в паяных конструкциях конструкционных алюминиевых сплавов, обладающих температурой соли-дус более 580-585 оС и прочностью на уровне 200 МПа. Среди таких сплавов наибольший интерес

представляют сплавы на основе систем А1-§1-М£, и (табл. 1).

Сплавы на основе системы A1-Si-Mg (АД31, АВ) обладают достаточно высокой прочностью на уровне 180-200 МПа, но температура солидус большинства сплавов данной группы составляет 585 оС и процесс пайки необходимо проводить в достаточно узком температурном интервале, что приводит к увеличению вероятности образования дефектов типа пережога.

Среди сплавов системы A1-Zn-Mg для изготовления паяных конструкций наибольший интерес представляют низколегированные сплавы типа 1911, 1915, которые в исходном состоянии обладают прочностью 220-240 МПа и температурой солидус выше 610 оС [3]. Вместе с этим в процессе эксплуатации конструкций из данных сплавов возможно протекание процессов естественного старения, что может привести к изменению свойств сплава и осложняет прогнозирование работоспособности конструкции в целом.

Из последней группы сплавов на основе системы A1-Mg-Sc для применения в паяных конструкциях наибольший интерес представляют сплавы типа 01515, 01523 [4]. Данные сплавы обладают прочностью на уровне 200 МПа и температурой солидус выше 600 оС.

Внешний вид типовой конструкции термоплаты: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - припойный лист; 4 - гофр; 5 - штуцер

Таблица 1

Химический состав конструкционных алюминиевых сплавов

Сплав Среднее содержание основных легирующих компонентов, в %

А1 Si Мп Mg Си Sc Zr Zn

АМц Осн. <0,6 1,0-1,6 0,2 <0,2 - - <0,1

АД31 Осн. 0,3-0,7 - 0,4-0,9 - - - -

АВ Осн. 0,5-1,2 0,15-0,35 0,45-0,9 0,2-0,6 - - -

01911 Осн. <0,2 0,2-0,5 1,6-2,1 0,1-0,2 - 0,13-0,2 3,8-4,4

01915 Осн. <0,3 0,2-0,6 1,3-1,8 <0,1 - 0,15-0,22 3,4-4,0

01515 Осн. - 0,3-0,5 0,9-1,5 - 0,3 0,1 -

01523 Осн. - 0,3-0,5 1,8-2,3 - 0,3 0,15 -

Таблица 2

Сравнительные характеристики механических свойств сплавов АМц, 01515

Марка сплава ав, МПа а0 2, МПа 5, %

О* т** О Т О Т

АМц 130 100 50 36 23 34

01515 215 187 120 92 22 19,5

* О - сплав в отожженном состоянии (состояние поставки); ** Т - сплав, нагретый по режимам пайки (Тнагр. = 605-610 оС, время выдержки 3 мин).

Вместе с этим отличительной особенностью данных материалов является зависимость прочностных свойств от температуры нагрева под пайку. При этом при пайке припоями на основе силумина сохраняется прочность на уровне 200 МПа [5]. Вследствие этого данная группа материалов в наибольшей степени подходит для получения теплообменной аппаратуры повышенной прочности.

Для определения возможности использования сплавов системы А1-М£-8с в паяных конструкциях были проведены исследования влияния термического цикла пайки силумином на прочностные свойства сплава 01515. Для сравнения аналогичные испытания проводились для широко применяемого сплава АМц (табл. 2).

Таким образом, использование данного сплава в паяных конструкциях позволяет повысить прочностные характеристики теплообменной аппаратуры. Для определения возможности пайки припоями на основе силумина был изготовлен однослойный макет термоплаты из сплава 01515, на поверхность которого наносился слой припоя типа СИЛ-1С. Гофр, формирующий каналы, изготавливался из сплава АМц, а центральная проставка из алюминия АД1. Пайка опытного образца производилась в вакуумной печи типа СГВ-2 по режиму: Тнагр. = 605±5 оС, время выдержки 2-3 мин. Полученные паяные образцы исследовались на герметичность методом аквариума с подачей давления 6 атм. На основании проведённых исследований была определена возможность получения герметичных паяных соединений из сплава 01515, обеспечивающего прочность конструкции на уровне 200 МПа.

Библоиграфические ссылки

1. Суслов А. А. Технология вакуумной пайки термостатированных плат из алюминиевых сплавов сис-

УДК 621.6.09:534.01

тем терморегулирования // Пайка теплообменной аппаратуры различного назначения : сб. материалов конференции. М. : ЦРДЗ, 2006. С. 33-37.

2. Справочник по пайке / под ред. И. Е. Петрунина. 3-е изд. М. : Машиностроение, 2003. 480 с.

3. Колачёв Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М. : Изд-во МИСИС, 2001. 286 с.

4. Филатов Ю. А. Al-Mg-Sc сплавы для сварных конструкций // Технология легких сплавов. 2004. № 5. С. 13-19

5. Степанов В. В., Конкевич В. Ю., Суслов А. А. Перспективы повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 2006. № 8. С. 37-42.

References

1. Suslov A. A. Tekhnologiya vakuumnoy payki termostatirovannykh plat iz alyuminievykh splavov sistem termoregulirovaniya. // S b. materialov konferentsii «Payka teploobmennoy apparatury razlichnogo naznacheniya», M. : TsRDZ, 2006. pp. 33-37.

2. Spravochnik po payke / Pod red. I. E. Petrunina. 3-e izd., M. : Mashinostroenie, 2003. 480 p.

3. Kolachev B. A. , Elagin V. I. , Livanov V. A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka tsvetnykh metallov i splavov. M. : iz-vo MISIS, 2001, 286 p.

4. Filatov Yu. A. Al-Mg-Sc splavy dlya svarnykh konstruktsiy // Tekhnologiya legkikh splavov, № 5, 2004. pp. 13-19.

5. Stepanov V. V., Konkevich V. Yu., Suslov A. A. Prospects for increasing the strength of brazed structures of aluminium alloys // Welding International, Vol. 21, N 1, 2007, pp. 69-73.

© Цветков С. Е., Степанов В. В., Колесников В. Н., 2015

ВОЛНОВОД С ПОЛИМЕРНЫМ КОРПУСОМ

Д. В. Чураков, Н. Ф. Янковская, Е. В. Раменская, Ю. А. Филиппов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены вопросы технологии изготовления волновода с корпусом из углепластика, сформированного из углеткани марки УТ 900. Установлена зависимость шероховатости поверхности скин-слоя волновода на медном проводящем слое от глубины проникновения тока сигнала с длиной волны миллиметрового диапазона. Разработан и изготовлен лабораторный образец волновода на 13 ГГц.

Ключевые слова: волновод, шероховатость, ток, полимер, углепластик.

WAVEGUIDES WITH POLYMER BODY D. V. Churakov, N. F. Jankovskaja, E. V. Ramenskaja, Y. A. Filippov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The article studies questions of production technology of the waveguide with carbon body formed from carbon fabric brand UT 900. The dependence of the surface roughness of the waveguide skin layer on the copper conductor