1.13. Процессы изготовления деталей ла.

Государственное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ)» на протяжении 75 лет(с 1932 года) является головной материаловедческой организацией, отвечающей за реализацию материального облика летательных аппаратов и связных с ними объектов техники(двигатели, агрегаты, приборы). Весь цикл работ по созданию новых материалов, от фундаментальных и поисковых исследований до обеспечения инженерного сопровождения разработок в сфере производства и эксплуатации изделий, входит в функции института.

Современное авиационное материаловедение при всем разнообразии его конкретных научных направлений призвано в конечном итоге решать две важнейшие практические задачи: создание комплекса материалов для планера Л и для газотурбинных двигателей. При проектировании этих изделий в первую очередь добиваются снижения массы конструкций, их габаритов, обеспечения работоспособности деталей в условиях силового, температурного, коррозионного и других воздействий, определяемых конкретными тактико-техническими параметрами.

Анализ основных тенденций развития современной авиационной техники, приведенный ВИАМ совместно с ведущими специалистами ЦАГИ и ЦИАМ, показал, что важнейшими задачами на ближайшие 10-15 лет являются:

• повышение весовой эффективности использования материалов в планере самолетов и вертолетов на 25%,

• увлечение пассажировместительности,

• снижение уровня шума, повышение топливной эффективности до 13-15 кг на одного пассажира на 1 км полета при увеличении отношения создаваемой двигателем тяги к его весу не менее чем 20:1.

Для решения этих сложнейших задач ВИАМ развивает фундаментальные и прикладные исследования в различных областях авиационного материаловедения.

1.13.1. Материалы для планера самолетов и вертолетов.

Материальный облик ЛА определяют более 120 конструкционных и функциональных материалов, внедренных в самолетах Ил-96М, Ту-204,Бе-200 и последних модификаций самолетов Ту-154М, Ил-86 и др.

За счет применения новых алюминиевых сплавов, полимерных композиционных материалов, титановых сплавов, конструкционных сталей, комплекса неметаллических материалов – лакокрасочных покрытий, клеев, герметиков – обеспечено повышение срока эксплуатации изделий в 1,5-2 раз, ресурса в 1,5-2 раза, пожробезопасности интерьера, межремонтного срока при эксплуатации.

Рис.1.32. Долговечность при МЦУ и трещиностойкость алюминиевых сплавов для обшивки фюзеляжа

Рис.1.33. Прочностные характеристики и коэффициент статической трещиностойкости алюминиевых сплавов для крыла и силового набора.

Основным конструкционным материалом для планера остаются алюминиевые сплавы. В 2000-2015 годах их доля в структуре применения остается на уровне 50%.

Задача повышения надежности, улучшения характеристик трещиностойкости, повышения усталостных свойств сплавов для фюзеляжа, крыла и силового набора решалась

за счет значительного повышения чистоты сплавов от примесей кремния и железа и соответственно ограничения избыточных фаз, разработки новых режимов термообработи, улучшения качества полуфабрикатов.

Вместе с тем были созданы новые высокопрочные алюминиевые сплавы, по прочности значительно алюминиевые сплавы, по прочности значительно превосходящие существующие, в первую очередь для сжатых зон(крыло) и силового набора. Это особо прочный сплав В96ц-3пч, ковочные сплавы 1933, В1963 системы Al-Zn-Mg-Cu с добавкой Zr. Также создан уникальный слоистый алюмополимерный материал класса СИАЛ, который обладает чрезвычайно высоким сопротивлением развитию усталостных трещин и более высокими показателями малоцикловой усталости (МЦУ)(см. рис 1.32,1.33)

Для верхних обшивок фюзеляжа рассматривается возможность применения слоистого алюмостеклопластика СИАЛ-3-1. По сравнению с монолитными листами их алюминиевых сплавов СИАЛ-3-1 имеет повышенную прочность, чрезвычайно низкую скорость развития усталостных трещин, повышенную долговечность, а также пониженную плотность.

Преимущества:

• Пониженная до 8% плотность, что значительно повышает весовую эффективность;

• Повышенный на 10% модуль упругости, что обеспечивает увеличение жесткости конструкции.

Еще один способ повышения весовой эффективности – уменьшение плотности алюминиевых сплавов, который реализуется путем создания рецептур сплавов, легированных литием. Создана серия сплавов средней(1420, 1421, 1441) и высокой (1461, 1464, 1469) прочности. Высокопрочные свариваемые сплавы предназначены для эксплуатации в широком интервале температур от +175С до -253С .

Титановые сплавы, объем применения которых в конструкциях планера и шасси составляет ~4-10%, будут совершенствоваться в первую очередь в плане роста их прочностных характеристик( ), надежности и технологичности.

Взамен сталей в конструкции планера и шасси рекомендованы к применению высокопрочные титановые сплавы ВТ-22И, ВТ-23И, ВТ-43 и ВТ-41,имеющие высокую пластичность и прочность, низкую скорость роста трещины усталости, пониженную плотность. Преимуществом использования титановых сплавов является их пониженная плотность по сравнению со сталями, высокая коррозионная стойкость, в том числе в контакте с полимерными композиционными материалами (ПКМ).

Высокопрочные стали. Основное назначение сталей – использовании их в конструкциях, требующих высоких значений жесткости, удельной прочности, усталостной долговечности, теплопрочности, коррозионной стойкости и ряда других параметров.

До недавних пор наиболее распространенной в самолетостроении являлась высокопрочная сталь 30ХГСН2А с уровнем прочности 1600-1850 МПа. Благодаря новым разработкам удалось повысить прочность до 1950 МПа при сохранении значений пластичности. В последнее время созданы новые экономнолегированные высокопрочные конструкционные свариваемые стали ВСК-8 ( ) и ВКС-9( ), которые по значениям трещиностойкости не уступают, а в ряде случаев и превосходят сталь 30ХГСН2А.

Одни из перспективных направлений легирования корризионно-стойких сталей является использование в их составе азота. Легирование азотом дает возможность снизить или исключить содержание в стали дорогостоящих легирующих элементов, таких как кобальт, молибден, при сохранении прочности стали.

Интерметаллидные сплавы обеспечивают дальнейшее повышение рабочих температур и ресурса деталей ГТД. Интерметаллидные сплавы содержат существенно меньшее кол-во дефицитных дорогостоящих тугоплавких элементов, таких как ванадии, молибден, ниобий, тантал и др. Их применение характерно для изготовления охлаждаемых и неохлаждаемых сопловых лопаток, деталей жаровых труб и реактивного сопла, работающих на интервале температур 900-1150 С.

Были также разработаны специальные защитно-технологические покрытия (ЗТП) для горячей деформации жаропрочных никелевых сплавов (ЭВТ-7Т), «Сверхсмазки» для изотермической штамповки титановых сплавов в состоянии сверхпластичности, покрытие ЭВТ-70А для закалки высокопрочных мартенситных сталей типа ВКС-9, позволившие довести коэффициент необрабатываемых поверхностей до 0,9 за один технологический переход, при легком удалении из штампа и высоком качестве поверхности.

Разработанные покрытия класса ЗТП поимо защитных функций обеспечивали теплоизоляционный эффект, что сокращало количество нагревов в 2 раза и снижало трудоемкость на 30-50%. Кроме того, уменьшались глубина газонасыщенного слоя в 1,5-3 раза и износ штампа в 3 раза.

Внедрение унифицированной эмали ЭВТ-24 позволило расширить температурный интервал работы (880-1080С) и улучшить технологичность штамповки.

В создании лакокрасочных покрытий (ЛКП) выделяются два этапа: первый - довоенные и военные годы деревянной авиации и второй – послевоенные годы металлической авиации. Основными материалами первого этапа являлись древесина и ткань. Они были неустойчивы в воде, топливе, маслах, на них влияли климатические условия, имели значительные биоповреждения. Их необходимо было защищать от всех внешних воздействий подобного рода, что и осуществлялось с помощью ЛКП. В этом заключалась их главная задача.

Вторая задача состояла в том, чтобы сделать менее видимыми боевые самолеты. Радарной локации не существовало, и камуфляж маскировочными лакокрасочными покрытиями (ЛКП) мог существенно снизить возможность обнаружения врагом самолетов и слежения за ними.

Иные задачи были поставлены перед ЛКП реактивной авиацией. Главная проблема – это защита от коррозии металлических сплавов, формирующих всю конструкцию самолета. ЛА может спроектирован и изготовлен в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к прочности материалов и конструкции, но длительно эксплуатироваться без ЛКП он не может. Поверхность его металлических деталей подвергается сложному воздействию многих факторов, таких как широкий диапазон температурных перепадов воздушной атмосферы (от -70 до +80С, а в местах крепления двигателей и для сверхзвуковых самолетов – еще больше), интенсивная солнечная радиация, повышенная доля ультрафиолета и высокая концентрация озона на больших высотах и многое другое.

Найдены принципиально новые пути повышения эффективности защиты металлов от коррозии путем введения в состав грунтовок, содержащих хроматный пигмент, органических ингибиторов коррозии. Для надежной антикоррозионной защиты внутренней полости нахлеста сварного соединения разработаны новые сварочные составы ПСП-2 с термостойкостью 150С и КСП-2АК с термостойкостью до 300С.

В настоящее время разработана комплексная технология ремонта лакокрасочных покрытий на внешней поверхности изделий АТ, включающая в себя различные методы удаления продуктов коррозии, оптимальную обработку поверхности химическими составами и нанесение высокоэффективных ЛКП отечественного и импортного производства. Для этой цели были созданы модифицированные эпоксидные грунтовки ЭП-0215М, ВГ-28, которые обладают высокими адгезионными, физико-механическими свойствами, устойчивы к воздействию топлив, бензина, минеральных и синтетических масел.

С целью повышения аэродинамических характеристик применяются специальные эластичные шпатлевочные материалы.