Разработка технологии изготовления перспективных деталей из полуфабрикатов из алюминий-скандиевых сплавов для перспективных изделий БРТ и РКТ

УДК 629.7

Разработка технологии изготовления перспективных деталей из полуфабрикатов из алюминий-скандиевых сплавов для перспективных изделий БРТ и РКТ

Development of technology for manufacturing advanced parts from aluminum-scandium alloy semi-finished products for advanced missile and aerospace products

Для решения актуальных задач ракетно-космической техники (РКТ) в части повышения эксплуатационных характеристик (прочностных, ресурсных, коррозионных) требуется улучшение удельных прочностных характеристик конструкционных материалов.

Одним из перспективных направлений является легирование алюминиевых сплавов скандием (рис. 1). В системе Al-Mg добавка скандия в количестве до 0,3 % повышает предел текучести на 120% [1, 2]. Сдерживающим фактором для применения является высокая стоимость лигатуры Al-Sc.

Рис. 1. Влияние малых добавок Sc на предел текучести алюминиевых сплавов

По результатам анализа научно-технической литературы предложено использовать сплав марки 1580 с пониженным содержанием скандия [3].

Для оценки целесообразности использования сплава в силовых корпусных деталях изделий АО «Корпорация «МИТ» проведена оценка технологичности деформируемых полуфабрикатов из сплава 1580. Объектами исследования стали листы толщиной 1, 2,5 и 4,5 мм, а также поковки сложной ковки d=530 мм, h=130 мм.

Сравнительный анализ механических характеристик листового материала показал, что сплав 1580 по прочностным характеристикам не уступает сплавам Д16, 1201 и 1420, при этом обладает высокой пластичностью и ударной вязкостью (рис. 2).

Рис. 2. Механические характеристики листового материала

Для исследования возможностей пластического формообразования листового материала из сплава 1580 проводились испытания на вытяжку, отбортовку отверстий и гибку.

Основным показателем формоизменения при вытяжке является коэффициент вытяжки – возможность «вытянуть» деталь за один переход. Коэффициент рассчитывается как отношение диаметра после вытяжки к диаметру исходной заготовки.

При отбортовке отверстий показателем является коэффициент отбортовки – максимально возможная высота борта без введения между переходами операции отжига для снятия напряжений. Коэффициент рассчитывается как отношение диаметра отбортовки (по средней линии) к диаметру отверстия под отбортовку.

При гибке на угол 90° коэффициентом формообразования является минимальный радиус гибки листового материала.

Рис. 3. Рабочие коэффициенты при пластическом формообразовании листового материала

По результатам испытаний на формообразование – сплав 1580 превосходит сплавы марок Д16, 1201, 1420 (рис. 3).

Также в процессе отработана технология электронно-лучевой сварки (ЭЛС) и аргонодуговой сварки. Коэффициент сварного соединения для сплава 1580 составляет 0,9 как для автоматической аргоннодуговой электрической сварки (ААрДЭС), так и для ЭЛС (табл. 1), что свидетельствует о его хорошей свариваемости.

Таблица 1. Коэффициент работоспособности сварного соединения сплавов при ААрДЭС

Макростуктура сварных соединений, полученных методами ЭЛС и ААрДЭС, представлена на рис. 4а и 5а, где видно, что зона проплавления при ЭЛС в несколько раз меньше, чем при ААрДЭС. Дефектов макроструктуры в исследуемых образцах не обнаружено.

Изломы сварных образцов макропластичны, образованы срезом. Разрушение образцов прошло по околошовной зоне и по металлу шва.

В целях отработки технологии изготовления силовых деталей выбрана деталь «Корпус» (рис. 6). Выбор обусловлен высокой сложностью исполнения: резкие переходы и разнотолщинность различных поверхностей, внутренние сложные полости, отверстия различных диаметров.

Сравнение технологии изготовления детали «Корпус» из штатного сплава 1201 и сплава 1580 проводилось по следующим показателям (табл 2).

Таблица 2. Сравнительные показатели изготовления детали «Корпус»

Для заключения о работоспособности детали при наземной эксплуатации изделия проведены зачетные виброиспытания. Объем зачетных вибропрочностных испытаний в составе сборочной единицы, имитирующих наземную эксплуатацию изделия, выполнен полностью.

1. Деформируемые полуфабрикаты из сплава 1580 обладают высокой технологичностью при механической обработке, формообразовании и сварке.
2. Изготовлена силовая деталь «Корпус» из сплава 1580. Вибропрочность детали в составе сборочной единицы при наземной эксплуатации изделия проверена и удовлетворяет требованиям норм прочности.
3. Внедрение конструкций из сплава 1580 позволит снизить массу детали и сократить трудоемкость изготовления.
4. В перспективе при увеличении объемов потребления ожидается заметное снижение стоимости полуфабрикатов из сплава 1580, что позволит снизить стоимость детали.

Библиографический список

1. Авиационные материалы: Справочник в 12 томах. – М.: ВИАМ, 2008. – 263 с.
2. Добаткин В.И., Дриц М.Е., Топорова Л.С. и др. Основные принципы легирования скандием алюминия и его сплавов // Избранные труды В.И. Добаткина. – М.: ВИЛС, 2001. – С. 306–316.
3. Беляев С.В. Исследование структуры и свойств новых алюминиевых сплавов, легированных скандием // Сборник тезисов докладов VIII международного конгресса Цветные металлы и минералы – 2016. – 2016. – С. 224–225.

Базарова Лариса Сергеевна – инженер-технолог 1 категории АО «Корпорация «МИТ». Тел.: 8(499) 907-37-74. E-mail: info@corp-mit.ru / Bazarova Larisa Sergeevna – Category 1 Process Engineer of JSC «Corporation «MITT». Tel.: 8(499) 907-37-74. E-mail: info@corp-mit.ru