ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Одной из основных задач развития перспективных изделий авиационной техники является снижение веса конструкции летательных аппаратов. Решить эту задачу можно, применяя в конструкции деталей новые материалы из алюминиевых сплавов пониженной плотности, легированных литием, например В-1461. Использование этих материалов в самолетостроении ограничивается технологией обработки, которая не должна повреждать материал и снижать его прочностные свойства. К таким технологиям можно отнести обработку давлением с нагревом, когда активизируются процессы ползучести и материал переходит в состояние, близкое к сверхпластичности. Цель работы: оценка влияния обработки алюминиевых сплавов В-1461 (Al-Cu-Li-Zn) и В95 (Al-Mg-Zn-Cu) давлением в режиме ползучести на прочность. В работе исследовано влияние технологии обработки давлением алюминиевых сплавов В-1461 и В95 на сопротивление усталостному разрушению. Методы. В работе используется метод, позволяющий определить предельные напряжения при помощи диаграмм накопления необратимых деформаций, а также метод формообразования толстых плит (40 мм) в режиме ползучести. Применяются ранее подобранные оптимальные температуры для формования плит. Используется бесконтактная координатно-измерительная система для проведения контроля поверхности после формования. Выполнена фрактография излома образцов слава В-1461 и В95 после усталостного разрушения. Проведено математическое моделирование процесса деформирования плит в условиях ползучести в пакете MSC.Marc. В результате получена консервативная оценка предела выносливости для алюминиевых сплавов В-1461 и В95. Выполнено формообразование толстых плит в режиме ползучести. Более 80 % поверхности плиты отформовано с отклонением менее 1 мм от целевого размера. Проведены усталостные испытания образцов, изготовленных из отформованных панелей сплавов В-1461 и В95, построены усталостные кривые. Фрактография поверхности усталостного излома показала наличие окислов у образцов сплава В-1461 в отличие от сплава В95. Обсуждаются результаты испытаний на усталость, показывающие, что характеристики технологического процесса формообразования и термообработки не ухудшают усталостные свойства исследованных сплавов. Сравнительные испытания показали, что сплав В-1461 имеет более высокие усталостные характеристики. Математическое моделирование показало, что использование закона установившейся ползучести Бойла – Нортона недостаточно для описания процесса формовки плиты, отмечена необходимость постановки обратной задачи формообразования, где в качестве граничных условий должны выступать координаты пуансонов нагружающего устройства.

1. Развитие и применение высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu для авиакосмической техники / И.Н. Фридляндер, О.Г. Сенаторова, Е.А. Ткаченко, И.И. Молостова // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2008. – № 8. – С. 17–21.

2. Оглодков М.С. Закономерности изменения структуры и свойств катаных полуфабрикатов из сплава В-1461 в зависимости от технологических параметров производства и термической обработки: автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2013. – 26 с.

3. Перспектива применения плит из высокопрочного сплава В-1461 пониженной плотности в самолетных конструкциях / Л.Б. Хохлатова, Н.И. Колобнев, М.С. Оглодков, А.А. Филатов, Ю.А. Попова // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2014. – № 2. – С. 16–22.

4. Изменение фазового состава в зависимости от режимов старения и структуры полуфабрикатов сплава В-1461 / Л.Б. Хохлатова, Н.И. Колобнев, М.С. Оглодков, Е.А. Лукина, С.В. Сбитнева // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2012. – № 6 (684). – С. 20–24.

5. К вопросу обработки материалов давлением в режиме ползучести / Б.В. Горев, И.Д. Клопотов, Г.А. Раевская, О.В. Соснин // Прикладная механика и техническая физика. – 1980. – Т. 21, № 5 (123). – С. 185–191.

6. Патент 2056197 Российская Федерация. Способ формообразования деталей и устройство для его осуществления / П.В. Миодушевский, Г.А. Раевская, О.В. Соснин. – № 5037750/08; заявл. 15.04.1992; опубл. 20.03.1996.

7. Патент 2251464 Российская Федерация. Устройство формования / И.Д. Клопотов, И.В. Любашевская, Г.А. Раевская, Л.Л. Рублевский, О.В. Соснин. – № 2002119982/02; заявл. 22.07.2002; опубл. 10.05.2005.

8. The influence of coating technologies on stress-strain characteristics of the sample at periodic loading / K.V. Zakharchenko, V.I. Kapustin, V.P. Zubkov, A.V. Talanin, E.A. Maksimovski // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 894, N 1. – P. 012032. – DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012032.

9. Raevskaya G.A., Zakharchenko K., Larichkin A. Determination of optimum parameters of the technological process for plates forming from V95 and V-1461 alloys in creep applied in aircrafts constructed by "Sukhoi design bureau" // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 894, N 1. – P. 012078. – DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012078.

10 Физическое моделирование технологического процесса формообразования элементов конструкций из алюминиевого сплава B95 в условиях ползучести / А.Ю. Ларичкин, К.В. Захарченко, Б.В. Горев, В.И. Капустин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 1 (70). – P. 6–15. – DOI: 10.17212/1994-6309-2016-1-6-15.

11. Peterson R.E. Stress concentration factors. – New York: Wiley, 1974. – 235 p.

12. Influence of the creep ageing process on the fatigue properties of components from V95pchT2 (analog 7175T76) and V95ochT2 (analog 7475) aluminium alloys / A. Larichkin, K. Zakharchenko, B. Gorev, V. Kapustin, E. Maksimovskiy // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 894, N 1. – P. 012050. – DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012050.

13. Ерисов Я.А., Гречников Ф.В., Оглодков М.С. Влияние режимов изготовления листов из сплава В-1461 на кристаллографию структуры и анизотропию свойств // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2015. – № 6. – С. 36–42. – DOI: 10.17073/0021-3438-2015-6-36-42.

14. Кишкина С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых сплавов. – M.: Металлургия, 1981. – 280 с.

15. О возможности получения термостабильных высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с нанофазным упрочнением 1 121 / В.А. Троянов, А.Н. Уксусников, О.Г. Сенаторова, В.Г. Пушин // Вторые Московские чтения по проблемам прочности материалов, посвященные 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна: тезисы докладов. – М.; Черноголовка, 2011. – С. 152.

16. Шанявский A.A. Моделирование усталостных разрушений металлов: синергетика в авиации. – Уфа: Монография, 2007. – 500 с.

17. Brown M.W., De los Rios E., Miller K.J. Environmentally assisted cracking // Proceedings ECF 12: Fracture from Defects. – Cradley Heath, 1998. – Vol. 3. – P. 1091–1248.

18. Corrosion fatigue // Fatigue ’99: Proceedings 7th International Fatigue Congress / ed. by X.R. Wu and Z.G. Wang). – Beijing, China, 1999. – Vol. 4. – P. 2197–2365.

19. Математическое моделирование процессов ползучести металлических изделий из материалов, имеющих разные свойства при растяжении и сжатии / С.Н. Коробейников, А.И. Олейников, Б.В. Горев, К.С. Бормотин // Вычислительные методы и программирование. – 2008. – T. 9, № 1. – C. 346–365.

20. Бормотин К.С., Вин А. Метод динамического программирования в задачах оптимального деформирования панели в режиме ползучести // Вычислительные методы и программирование. – 2018. – T. 19, № 4. – С. 470–478. – DOI: 10.26089/NumMet.v19r442.

21. Large creep formability and strength–ductility synergy enabled by engineering dislocations in aluminum alloys / Ch. Liu, J. Yang, P. Ma, Z. Ma, L. Zhan, K. Chen, M. Huang, J. Li, Zh. Li // International Journal of Plasticity. – 2020. – P. 102774.

22. Effect of creep-aging on precipitates of 7075 aluminum alloy / Y.C. Lin, Y.-Q. Jiang, X.-M. Chen, D.-X. Wen, H.-M. Zhou // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 588. – P. 347–356. – DOI: 10.1016/j.msea.2013.09.045.

23. Effects of creep-aging parameters on aging precipitates of a two-stage creep-aged Al–Zn–Mg–Cu alloy under the extra compressive stress / Y.C. Lin, X.-B. Peng, Y.-Q. Jiang, C.-J. Shuai // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 743. – P. 448–455. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.238.

24. Бормотин К.С., Белых С.В., Вин А. Математическое моделирование обратных задач многоточечного формообразования в режиме ползучести с помощью реконфигурируемого устройства // Вычислительные методы и программирование. – 2016. – T. 17, № 3. – С. 258–267. – DOI: 10.26089/NumMet.v17r324.