Разработка методики испытаний заклепочных соединений на сопротивление коррозии под напряжением

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРОЗОВАНИЯ РЕСПЕБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«АВИАЦИОННЫЙ » ФАКУЛЬТЕТ

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на получение академической степени магистра

по специальности: 5А520801-«Испытание летательных аппаратов»

«РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ЗАКЛЁПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ КОРРОЗИИ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ»

Дадамухамедова Нигора Фархадовна

Научный руководитель: Абдужабаров.Н.А

Ташкент - 2012

Содержание

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса о возможности улучшения структуры и комплекса свойств высокопрочных алюминиевых сплавов

1.1 Исследуемый материал. Алюминий и сплавы на ее основе В95П

1.2 Влияние нагартовки на структуру и свойства полуфабрикатов

1.3 Влияние переходных металлов и металлических примесей на свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплаво

Глава 2. Разработка способов термической и термомеханической обработки проволоки из высокопрочного алюминиевого сплава В95П, обеспечивающих повышение её технологической пластичности

2.1 Влияние волочения в свежезакалённом состоянии и режимов последующего старения на свойства проволоки из сплава В95П

2.2 Влияние степени деформации при волочении и режимов промежуточных отжигов на сопротивление срезу и технологическую пластичность проволоки из сплава В95П

2.3 Свойства проволоки в окончательно термообработанном состоянии

2.4 Влияние длительного высокотемпературного отжига перед закалкой на технологическую пластичность проволоки из сплава В95П

2.5 Статическая прочность заклёпочных соединений и заклёпок из сплава В95П

Глава 3. Разработка методов исследования сопротивления под напряжением заклёпочных и болтовых соединений, выполненных из сплава В95П

3.1 Заклепочные соединения

3.2 Расчет и конструирование заклепочных соединений

3.3 Учет изгибных напряжений в работе соединений. Соединения листов внахлестку

3.4 Изменение результатов расчёта заклёпочных соединений по предлагаемой схеме

Заключение

Использованная литература

Введение

Выступление Президента Республики Узбекистан Ислама Каримова 17 февраля 2012 года на открытии Международной конференции «Подготовка образованного и интеллектуально развитого поколения - как важнейшее условие устойчивого развития и модернизации страны подчеркнул, что “вступив на путь строительства современного государства с развитой рыночной экономикой, обеспечивая постепенный переход от сильного государства к сильному гражданскому обществу, мы всегда отдавали себе отчет в том, что только люди, которые осознают необходимость гармонии национальных и общечеловеческих ценностей, располагающие современными знаниями, интеллектуальным потенциалом и передовыми технологиями, могут добиться поставленных стратегических целей развития” [1].

В системе нашего образования придается большое значение овладению учащимися не только широкими знаниями и профессиональными навыками, но и обязательному изучению иностранных языков как важнейшему условию активного общения со своими сверстниками из зарубежных стран, широкому познанию всего того, что происходит в современном мире, овладения огромным мировым интеллектуальным богатством. Важное место в реформировании образовательного процесса и подготовке высококвалифицированных кадров

Вступив на путь строительства современного государства с развитой рыночной экономикой, обеспечивая постепенный переход от сильного государства к сильному гражданскому обществу, мы всегда отдавали себе отчет в том, что только люди, которые осознают необходимость гармонии национальных и общечеловеческих ценностей, располагающие современными знаниями, интеллектуальным потенциалом и передовыми технологиями, могут добиться поставленных стратегических целей развития.

Перед гражданской авиацией республики поставлена задача в перую очередь обеспечить безопасность полётов и затем, высокий уровень обслуживания пассажиров, как на земле, так и во время полёта.

Полученные сертификаты по безопасности полётов и обслуживанию воздушных судов западного производства дают возможность перейти на новый уровень обслуживания пассажиров, вместе с тем обеспечивая, одновременно, высокий уровень технического обслуживания воздушных судов.

Надежность самолета является одним из свойств совокупности, определяющей его качество (эффективность). В эту совокупность свойств входят также безопасность и живучесть.

Безопасность -- свойство самолета непрерывно в течение времени полета сохранять работоспособное состояние тех систем и агрегатов, которые обеспечивают завершение полета без летного происшествия.

Под безопасностью полетов понимается свойство комплекса: экипаж -- самолет -- наземное обеспечение и управление воздушным движением выполнять полеты без летных происшествий.

При количественной оценке безопасности следует различать безопасность полетов и самолета. Безопасность самолета зависит только от особенностей его конструкции. Безопасность полетов зависит как от безопасности самолета также от технического оснащения и организационной структуры и управления воздушным движением. При оценке безопасности полетов самолета данного типа учитывается общее колличество лётных происшествий по всем причинам за определенный календарный период эксплуатации [2].

Деформируемые алюминиевые сплавы являются основным конструкционным материалом современных пассажирских и транспортных самолетов и составляют до 70 % от веса конструкции планера. К числу деформируемых алюминиевых сплавов относятся широко применяемые заклепочный сплав В65 и сплавы В94, В93, В95, В96 и др. Из этих сплавов изготавливаются, соответственно, заклепки и наиболее ответственные узлы и детали самолета. Эти сплавы принадлежат к системе Al-Zn-Mg-Cu. Сплавы В94, В93, В95, В96 и др. также называют высокопрочными. Причём в составе сплава В93 отсутствуют традиционные элементы-антирекристаллизаторы: марганец, хром и цирконий, а в состав сплава В95 входят одновременно марганец и хром. Отсутствие элементов-антирекристаллизаторов предопределяет высокую склонность сплава В93 к рекристаллизации в процессе технологических нагревов. Наличие элементов-антирекристализаторов практически во всех деформируемых алюминиевых сплавов. Для сплава В93пч существенным недостатком является наличие грубозернистых зон в отдельных частях изготовляемых из него поковок и штамповок (зональная грубозернистость). Грубозернистость значительно ухудшает механические и эксплуатационные характеристики изделий из этого сплава. Существование зональной неоднородности структуры приводит к увеличению массы, повышению стоимости изделий и их эксплуатации. Хотя в сплаве В95 содержатся элементы-антирекристаллизаторы - марганец и хром, способствующие получению мелкозернистой структуры, необходима разработка таких технологических процессов термической и термомеханической обработки, которые позволили бы получать полуфабрикаты с повышенной технологической пластичностью за счёт дробления нерастворимых интерметаллидов на их основе. Это позволит повысить ресурс и надежность изделий, изготовляемых из данных сплавов, в частности, из сплава В95П.

Проведенные за последнее время исследования показывают, что решение проблемы повышения надежности изделий из деформируемых алюминиевых сплавов связанна не только с созданием в полуфабрикатах регламентированной структуры, но также с уменьшением количества I объёмной доли) нерастворимых интерметаллидов. Нерастворимые интерметаллиды на основе железа с алюминием составляют основную массу избыточных фаз в сплаве В93пч. Однако уменьшение содержания железа в составе сплава В93пч при существующей стандартной технологии изготовления поковок и штамповок приводит к чрезмерному огрублению структуры полуфабрикатов (железо в этом сплаве играет роль элемента- антирекристаллизатора).

Таким образом, повышение надёжности изделий, из сплава В93пч, и из сплава В95П, невозможно без разработки нетрадиционных способов термической и термомеханической обработки, позволяющих не только получать полуфабрикаты с однородной мелкозернистой структурой, но и с дисперсными включениями нерастворимых интерметаллидов.

В связи с изложенным одной из основных целей настоящей работы явилось изучение закономерностей формирования однородной мелкозернистой рекристаллизованной структуры в полуфабрикатах из сплава В93, в составе которых отсутствуют элементы- антирекристаллизаторы: марганец, хром или цирконий с тем чтобы применить найденные закономерности к сплавам, в составе которых имеется хотя бы один из указанных элементов (большинство деформируемых алюминиевых сплавов). Для широко применяемого в отечественном самолетостроении заклепочного алюминиевого сплава В65 важную роль играет, кроме того, проблема подстаривания термообработанных заклёпок при их длительном хранении при комнатной температуре на складах самолетостроительных предприятий. Такое подстаривание приводит к существенному снижению технологической пластичности заклепок, в результате чего определённое их количество разрушается при постановке на изделия. Разрушенные заклепки приходится высверливать, что не только уменьшает производительность сборочных работ, но и снижает их качество. К основным недостатком всех высокопрочных алюминиевых сплавов (системы Al-Zn-Mg-Cu) является высокая чувствительность к концентраторам напряжений, то другой основной целью данной работы является поиск оптимальных режимов термической и термомеханической обработки, позволяющих уменьшить чувствительность к концентраторам напряжений, а следовательно, повысить надёжность изготовляемых из них изделий.

Актуальностью темы является создание таких конструкций летательных аппаратов, которые могли бы обеспечить безопасность полётов и надёжность конструкций летательных аппаратов.

Научная новизна заключается в следующем:

1. В исследовании заклёпочных соединений, изготовленных из высокопрочных алюминиевых сплавов, обеспечивающих высокую надёжность и долговечность конструкции.

2. В качестве деталей крепежа применяются заклёпки, изготовленные из высокопрочного алюминиевого сплава В95П.

Цели проведения исследований. Повышение надёжности и долговечности конструкций летательных аппаратов.

Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач использовались детали, изготовленные из сплавов, используемых в конструкциях летательных аппаратов.

В качестве деталей крепежа использовались заклёпки из высокопрочного алюминиевого сплава В95П, который ранее для этих целей не использовался.

Применялись существующие методы расчёта заклёпочных соединений в конструкциях летательных аппаратов.

Результатов диссертационной работы докладывались на Республиканской научно-практической конференции:

- Дадамухамедова Н.Ф., Абдужабаров Н.А. Разработка методики испытаний заклёпочных соединений под напряжением. Ташкент, ТГТУ, РНТК «Роль одарённой молодёжи в развитии науки и технологий», 16-18 апреля 2012 г. (находится в печати).

- Дадамухамедова Н.Ф., Абдужабаров Н.А. Испытания заклёпочных соединений под напряжением. Ташкент, ТГТУ, РНТК «Роль одарённой молодёжи в развитии науки и технологий», 16-18 апреля 2012 г. (находится в печати).

Глава 1. Современное состояние вопроса о возможности улучшения структуры и комплекса свойств высокопрочных алюминиевых сплавов

1.1 Алюминий и сплавы на её основе

заклепочный болтовой соединение алюминиевый

Порядковый номер алюминия в таблице элементов Менделеева 13; атомная масса 26,97; плотность 2,7 г/см3; температура плавления 654єС. Кристаллическая решетка - куб с центрированными гранями с периодом 0,404нм. Алюминий не имеет аллотропических модификаций. Электропроводность алюминия составляет примерно 65% от электропроводности меди, что позволяет успешно применять алюминий для электропроводов. Алюминий легко деформируется и вследствие образования на поверхности тонкой, плотной и прочной оксидной пленки обладает высокой стойкостью против коррозии.

Недостатком алюминия является очень малая прочность. Предел прочности технически чистого алюминия не превышает 60 МПа, а в нагартованном состоянии - около 120 МПа.

Алюминий - легкий металл. Это предопределило его применение как основы для производства легких сплавов, которые широко используются во всех отраслях промышленности. Из алюминиевых сплавов изготовляют листы, ленты, плиты, проволоку, трубы и другие изделия.

В зависимости от назначения применяют алюминий различных марок, некоторые из которых даны в 21

В качестве легирующих добавок, повышающих прочность алюминия, представляют интерес такие металлы, которые образуют с алюминием твердые растворы с переменной растворимостью их в алюминии, зависящей от температуры, и те металлы, которые образуют с алюминием или между собой химические соединения.

После закалки и старения в сплавах образуются зоны Гинье-Престона, а затем и дисперсные частицы химических соединений (CuAI2, Mg2Si, CuAI2Mg), которые приводят к упрочнению алюминиевых сплавов.

Марганец не образует химических соединений в алюминиевых сплавах и не участвует в старении. Однако он упрочняет твердый раствор, а также изменяет растворимость других элементов. Кроме того, марганец повышает стойкость сплавов против коррозии.

Марка	Al, % не менее	Примеси, % (не более)	Назначение
		Fe	Si	Zn	всего примесей
А7 А6	99,7 99,6	0,16 0,25	0,16 0,20	0,05 0,06	0,01 0,01	Для фольги, в особых случаях плаковки, для кабельных и токопроводящих изделий, для сплавов специального назначения и для химической промышленности
А5 А0	99,5 99,0	0,30 0,50	0,30 0,50	0,06 0,08	0,015 0,02	Для кабельных и токопроводящих изделий, для сплавов, плакирования, посуды Для сплавов; для посуды

Основная цель легирования алюминиевых сплавов никелем заключается в повышении их теплостойкости. Никель образует с алюминием и медью сложные химические соединения, устойчивые против коагуляции при температурах до 200-250єС.

На рис. 1.1 представлена диаграмма состояния сплавов алюминий-медь. Видно, что растворимость меди в алюминии меняется в зависимости от температуры: от 0,5 % при комнатной температуре до 5,7% при 548єС.

На рис1.2 приведена часть диаграммы состояний сплавов алюминий-магний. В этой системе растворимость магния в алюминии изменяется от 1,4% при комнатной температуре до 17,4% при 449єС.

Из сплавов первой группы наибольший интерес представляют теплоустойчивый сплав АК4, сплавы для поковок АК6 и АК8 и дуралюмины Д1, Д16, которые обладают высокой прочностью (уВ до 470 MПа) и высокой пластичностью (д до 17%).

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Еще более высокую прочность и достаточно высокую пластичность имеет сложнолегированный высокопрочный сплав В95, содержащий около 6% Zn; 2,3% Mg; 1,7% Сu; 0,4% Мn и 0,2% Сr. После термической обработки свойства этого сплава следующие: уВ до 600-700 МПа, ут до 550-600 МПа и д 6-12%. Однако следует иметь в виду, что в сложнолегированных сплавах с высокой прочностью значительно снижается их стойкость против коррозии. Для повышения коррозионной стойкости деформируемые сплавы плакируют: листы в процессе горячей прокатки покрывают с обеих сторон тонким слоем алюминия высокой чистоты.

Дополнительно увеличить прочность легких алюминиевых сплавов можно наклепом сплавов немедленно после закалки. Путем термомеханической обработки можно довести прочность алюминиевых сплавов до прочности стали.

К недеформируемым (литейным) сплавам на основе алюминия относятся силумины, отличительной особенностью которых является высокое содержание в них кремния (от 4,0 до 14,0%). Кремний образует с алюминием легкоплавкие эвтектики, улучшая литейные свойства сплавов.

Основными фазами-упрочнителями в литейных алюминиевых сплавах являются те же интерметаллические соединения, что и в сплавах типа дюралюминия. Наличие меди и магния в составе силуминов делает эти сплавы термически обрабатываемыми.

В таблицах 1.1 и 1.2 приводятся химический состав, режимы термической обработки, свойства и применение некоторых деформируемых и литейных сплавов на основе алюминия.

Таблица 1.1

Химический состав (%) некоторых сплавов на основе алюминия

Марка сплава	Cu	Mg	Mn	Si	Fe	Zn	Cr
Дуралюмины
Д1 Д16 В95	3,8-4,8 3,8-4,9 1,4-2,0	0,4-0,8 1,2-1,8 1,8-2,8	0,4-0,8 0,3-0,9 0,2-0,6	?0,7 ?0,5 ?0,5	?0,7 ?0,5 ?0,5	- - 5,0-7,0	- - 0,10-0,25
Силумин
АЛ4 АЛ5	- 1,0-1,5	0,17-0,30 0,35-0,6	0,25-0,5 -	8,0-10,5 4,5-5,5	0,6-1,2 0,6-1,5	- -	- -
Жаропрочные деформируемые сплавы
АК4	1,9-2,5	1,4-1,8	?0,2	0,5-1,2	0,8-1,3	Ni 0,8-1,3	-

Основная цель термической обработки алюминиевых сплавов заключается в создании максимально возможного упрочнения путем закалки и последующего естественного или искусственного старения.

Алюминиевые сплавы по сравнению со сталями имеют очень узкий интервал температур закалки и отпуска, поэтому необходимо очень строго соблюдать температурный режим термической обработки. Это объясняется тем, что алюминиевые сплавы склонны к перегреву, а исправления перегрева, т.е. измельчения зерна, никакими видами термической обработки добиться невозможно, так как полной перекристаллизации сплавов при нагреве не происходит.

Особенность обработки заключается еще в необходимости установления очень длительных выдержек при нагреве под закалку и особенно при отпуске, вследствие очень медленного протекания диффузионных процессов как в деформируемых, так и особенно в литейных сплавах.

Таблица 1.2

Термическая обработка и механические свойства сплавов на основе алюминия

Марка сплава	Режим термической обработки	НВ	ув Мн/м2 (кГ/мм2)	д %	Назначение
Д1, Д16	Закалка 495-505єС, вода, естественное старение 8-10 суток	120	470 (47)	15	Листы, трубы, фасонные профили, винты
В95	Закалка 460-480єС, кипящая вода, старение 120-125єС, 20 ч	150	600 (60)	12	То же
АЛ4	Нагрев под закалку 510-520єС, 5 ч, закалка, кипящая вода, старение 180єС, 20 ч	65	230 (23)	3	Картеры и блоки цилиндров двигателей внут. сгорания, корпуса карбюраторов и др.
АЛ5	Нагрев под закалку 525-530єС, выдержка 15 ч, старение 225єС, выдержка 15 ч	65	200 (20)	1,0	То же
АК4	Закалка 510-520єС, вода, старение 165-175єС, 15-18 ч	120	440 (44)	10	Поршни, головки цилиндров, работающие при температуре до 250єС

Механизм распада закаленного пересыщенного твердого раствора и упрочнения алюминиевых сплавов сводится к следующему. В кристаллической решетке закаленного твердого раствора атомы растворенных элементов распределены беспорядочно. В процессе первой стадии старения происходит перераспределение атомов элементов в твердом растворе. На отдельных атомных плоскостях образуются участки, обогащенные медью и другими элементами за счет обеднения других участков (зоны Гинье-Престона).

В результате перераспределения и скопления атомов элементов в отдельных участках происходит искажение решетки, что вызывает в ней большие напряжения. Возникающая химическая неоднородность и напряжения являются основной причиной высокой прочности сплавов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Рис. 1.3. Изменение предела прочности дюралюминия в зависимости от температуры и длительности старения

Образованием зон Гинье-Престона, очевидно, и ограничиваются внутрифазовые изменения, происходящие при естественном старении. При повышении температуры до 100єС наступает вторая стадия старения, заключающаяся в образовании и выделении химических соединений (CuA2 и др.). Дисперсные частицы химических соединений упрочняют сплав. Коагуляция частиц второй фазы приводит к разупрочнению сплава.

На рис. 1.3 показано, как меняется прочность дюралюминия в зависимости от температуры и длительности старения после закалки.

1.2 Влияние нагартовки на структуру и свойства полуфабрикатов

Структура полуфабрикатов может быть трёх типов: полностью нерекристаллизованной (полигонизованной, нагартованной), полностью рекристаллизованной и смешанной (частично рекристаллизованной). Тип структуры предопределяет свойства полуфабрикатов, а также скорость процессов старения Так, полуфабрикаты с полигонизованной структурой в термообработанном состоянии обладают повышенными пгочностными свойствами по сравнению с полуфабрикатами с рекристаллизованной структурой ("структурный эффект" по Добаткину[5]. Однако, в поперечном и особенно в высотном направлениях они имеют меньшую пластичность, вязкость разрушения и хуже противостоят длительным высокотемпературным нагревам.

Влияние рекристаллизованной и нерекристаллизованной структуры прессованных полос и прутков из сплавов Д16 и АВ на их прочность и выносливость было изучено Дерягиным Г.А. [11]. Показано, что при оценке свойств необходимо учитывать вид и характер шгтужения, концентрацию напряжений и масштабный фактор. Следует, что при испытании на растяжение прочностные характеристики выше, а пластические - ниже у полуфабрикатов с нерекристаллизованной структурой, но при испытании на сжатие, кручение и срез разница в механических свойствах полуфабрикатов со структурой различных типов заметно уменьшается. При воздействии циклических нагрузок влияние типа структуры проявляется только при изгибе и в незначительной степени при растяжении. Предел выносливости образцов из сплава Д16 с нерекристаллизованной структурой при изгибе почти на 20 % больше, чем у образцов с рекристаллизованной структурой. С увеличением уровня напряжения влияние типа структуры заметно уменьшается, так как при изгибе пластическая деформация в рекристаллизованной структуре происходит в большем объёме, чем в нерекристаллизованной и в большей степени происходит перераспределение напряжений в максимально напряженном поверхностном слое. Концентраторы напряжений уменьшают влияние типа структуры на усталостные свойства при изгибе.

При испытаниях с малоцикловыми нагрузками при комнатной температуре предел выносливости образцов с нерекристаллизованной структурой выше, чем с рекристаллизованной, однако при снижении уровня напряжений влияние типа структуры уменьшается.

При повышении температуры испытаний (до 423 °К) разница во влиянии типа структуры на свойства исчезает, так как нерекристаллизованная структура разупрочняется быстрее. При малоцикловых нагрузках влияние типа структуры на выносливость зависит от типа сплава, вида нагружения и уровня напряжений. Для сплава АВ влияние типа структуры при растяжении-сжатии мало, для сплава Д16 с уменьшением уровня напряжений влияние типа структуры снижается, при изгибных нагрузках выносливость обоих сплавов зависит от типа структуры. Однако, по мере увеличения уровня напряжений влияние типа структуры уменьшается, а при снижении - увеличивается.

С увеличением диаметра образцов разница в пределах выносливости при изгибе в зависимости от типа структуры снижается, причём образцы с рекристаллизованной структурой менее чувствительны к масштабному фактору, чем с нерекристаллизованной.

В работе также показано влияние типа структуры на скорость развития усталостной трещины: в образцах из сплава Д16 с рекристаллизованной структурой она выше, чем в образцах с нерекристаллизованной, и при малых уровнях напряжений (120 МПа) - больше у образцов с нерекристаллизованной структурой. Для сплава АВ скорость развития усталостной трещины оказалось выше у образцов с нерекристаллизованной структурой.

В работе Г.А.Дерягина [6] установлено и влияние типа структуры на вязкость разрушения. При плоском деформированном состоянии K1C образцов из сплава Д16 с нерекристаллизованной структурой равен 130, а рекристаллизованной - на 15 % выше - 150 кДж/м2.

Заклёпочная проволока в зависимости от способов её изготовления может иметь как рекристаллизованную, так и полигонизованную или смешанную структуры. При изготовлении проволоки холодным волочением возможно получение нагартованной структуры (если после последнего перехода волочения не проводится отжиг или закалка), либо полностью рекристаллизованной структуры (если указанные операции проводятся). При изготовлении же проволоки горячей прокаткой принципиально возможно получение как полигонизованной, так и рекристаллизованной или смешанной структуры. В опубликованной литературе отсутствуют данные о типе структуры горячедеформированной проволоки.

Получение регламентированной структуры в полуфабрикатах из алюминиевых сплавов является весьма сложной задачей, так как она связанна с зональной неоднородностью деформации (различием в температуре, скорости и степени деформации по объёму полуфабрикатов что зачастую приводит, в частности, к зональной грубозернистости

1.3 Влияние переходных металлов и металлических примесей на свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов

Примеси железа и кремния (металлические примеси) в деформируемых алюминиевых сплавах, особенно в сплавах системы А1-Zn-Mg-Cu, существенно понижают их вязкость разрушения [11,. 12..19]. Отрицательное влияние металлических примесей обусловлено хрупкостью образуемых ими нерастворимых интерметаллических фаз: Al3,Fe, б(Al-Fe-Si), Al6 (FeMg) и др.[2]. Наибольшее воздействие оказывают крупные (более 1 мкм) включения интерметаллидов, которые начинают разрушаться даже при деформациях 1...3% [18], а при деформации 7 % разрушенными оказываются более 50 % таких включений. Дальнейшая деформация приводит к возникновению полостей, образованных разрушенными включениями, размеры которых в 4 раза превышают размеры самих включений [18]. Для повышения вязкости разрушения необходимо уменьшать объёмную долю и размеры нерастворимых интерметаллидов [77, 19]. Металлические примеси оказывают также отрицательное воздействие на сопротивление коррозионному растрескиванию [13...15, 18, 20] и расслаивающей коррозии [21]. Относительно влияния металлических примесей на усталостные характеристики материала в настоящее время нет однозначного ответа. По мнению авторов работ [13, 15] примеси железа и кремния отрицательно влияют на сопротивление усталости. В работах [22, 23] указывается, что сопротивление усталости не зависит от содержания в сплаве металлических примесей. С увеличением содержания примесей железа и кремния ухудшается способность алюминиевых сплавов тормозить рушение [24]. На положительное влияние уменьшения металлических примесей указано и в работах, опубликованных в конце 1985 г. [25, 26]. В частности, на самолётах Ил-86 нашли широкое применение профили, прессованные панели, плиты из сплавов В95 и Д16 повышенной чистоты с содержанием Fe < 0,25 и Si < 0,1 % (В95Пч) и особой чистоты (В95оч) с содержанием Fe < 0,15 и Si < 0,1 % [27], которые позволили существенно увеличить вязкость разрушения, а в сочетании со смягчающими режимами старения Т2 и ТЗ значительно повышают и коррозионную стойкость сплавов, что позволяет применять крепёж с упругопластическим радиальным натягом.

Широкое применение также нашли сплавы Д16чТ, Д16очТ с цирконием, В95очТ2 в изделиях ОКБ им. А.Н. Туполева [28]. Их применение позволило повысить характеристики малоцикловой усталости, вязкости разрушения, уменьшить скорость роста трещин полуфабрикатов. В работах [29, 30] показано, что снижение суммарного содержания примесей железа и кремния до 0,2...0,25 %, а также применение режимов перестаривания являются наиболее эффективными методами повышения вязкости разрушения (K1c) алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu.

Большое влияние на свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов оказывают переходные металлы (Mn, Cr, Zr). Эти элементы при кристаллизации слитков (особенно при быстрой кристаллизации слитков при непрерывном литье), образуют пересыщенный твёрдый раствор в алюминии, который при дальнейших нагревах (при гомогенизации, горячей деформации, закалке) распадаются с образованием нерастворимых интерметаллидов различной дисперсности. Так, в сплавах с марганцем размер частиц Al Мп составляет 0,2... 1 мкм, интерметаллиды хрома - СгА17 имеют размер десятых долей микрометра, выделения же интерметаллидов циркония (А1Zr или Al3 Zr) наиболее дисперсны - они имеют размеры около сотых долей микрометра [31]. Их добавки увеличивают эффект и скорость старения алюминиевых сплавов, оказывают существенное влияние на прохождение процесса рекристаллизации при горячей деформации [4,32,33]. Вместе с тем направление волокна и степень рекристаллизации являются определяющими в обеспечении таких важных свойств, коррозия под напряжением и вязкость разрушения [10].

Особый интерес представляет сплав В93 [30, 35] - первый в мировой практике сплав системы Al-Zn-Mg-Cu, в составе которого отсутствуют традиционные элементы-антирекристаллизаторы Mn, Cr, Zr. Их отсутствие позволило улучшить прокаливаемость сплава, уменьшить анизотропию свойств и склонность к возникновению трещин при непрерывном литье [3]. Роль антирекристаллизатора в этом сплаве играет железо, которое способствует измельчению зерна, улучшает структуру излома, обеспечивает высокий уровень прочностных свойств [3, 37, 38, 40]. В полуфабрикатах из сплава В93, легированного железом, наблюдается рекристаллизованная или смешанная структура и практически отсутствует анизотропия скорости старения [4, 26, 41].

Относительно влияния железа на свойства полуфабрикатов из сплава В93 в опубликованных работах выводы противоречивы. Так, в работах [3, 42, 35, 43, 38, 44, 45] предлагается ограничить содержание железа в пределах 0,2...0,4%, а в работах [39, 40] - 0,6...0,7% с целью измельчения зерна. В более поздней работе [46] рекомендуется содержание железа не более 0,25%. В сплаве В93 железо и кремний являются основными источниками нерастворимых интерметаллидов [44].

В работах [23, 25, 49, 50] показано, что для получения мелкозернистой структуры полуфабрикатов из сплава В93 увеличения их пластичности и вязкости разрушения необходимо применять сплав В93пч (повышенной чистоты с уменьшением содержания кремния), уменьшить в нём содержание железа и ввести в состав сплава цирконий в количестве до 0,15%.

Таким образом, железо в сплаве В93пч играет двойственную роль: с одной стороны, оно измельчает рекристаллизованное зерно и повышает однородность структуры, с другой - является источником нерастворимых интерметаллидов и снижает вязкость разрушения [44, 49].

Анализ опубликованных литературных источников позволяет сделать вывод о том, что одним из возможных путей повышения пластичности и вязкости разрушения полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu может служить уменьшение содержания элементов-антирекристаллизаторов, что позволит уменьшить объёмную долю нерастворимых интерметаллидов. Однако в этом случае необходима разработка специальных нетрадиционных способов термомеханической обработки, которые позволили бы дробить нерастворимые интерметаллиды и обеспечивать получение мелкозернистой рекристаллизованной структуры. На это направлена данная работа.

Глава 2. Разработка способов термической и термомеханической обработки проволоки из высокопрочного алюминиевого сплава В95П, обеспечивающих повышение её технологической пластичности

В работах [10, 36, 51] установлено, что проволока из сплава В95П, изготовленная по стандартной технологии, не обладает достаточной технологической пластичностью для расклёпывания заклёпок в окончательно термообработанном состоянии. Было показано, что сниженная технологическая пластичность проволоки из сплава В95П связана, в частности, с влиянием содержащихся в её составе элементов-антирекристаллизаторов - марганца и хрома, которые частично остаются в твёрдом растворе даже после окончательной термообработки по стандартной технологии. Кроме того, интерметаллиды баз этих элементов недостаточно дисперсны. В связи с этим, основываясь на полученных нами результатах проведены следования, направленные на разработку новых способов термической и термомеханической обработки проволоки из высокопрочного алюминиевого сплава В95П, повышающих её технологическую пластичность, что позволит изготавливать из высокопрочных алюминиевых сплавов детали крепежа - болты и заклёпки.

2.1 Влияние волочения в свежезакалённом состоянии и режимов последующего старения на свойства проволоки из сплава В95П

Холодная пластическая деформация высокопрочного алюминиевого сплава В93пч (системы А1- -Mg-Cu) в свежезакалённом состоянии приводит к получению после последующей закалки мелкозернистой рекристаллизованной структуры с повышенными характеристиками вязкости разрушения.

Исходя из вышеизложенного, большой теоретический и практический интерес представляло выяснение влияния холодной пластической деформации волочением в свежезакалённом состоянии на механические свойства и технологическую пластичность проволоки из высокопрочного алюминиевого сплава В95П.

Методика данного исследования заключалась в следующем, Проволоку из сплава В95П диаметром 8 мм стандартного химсостава закаливали в воде комнатной температуры после нагрева в расплаве селитры при температуре 743 °К в течение 1 часа. Затем проволоку перетягивали в свежезакалённом состоянии (в течение 2-х часов после закалки) со степенями деформации 4; 11; 30; 46 и 51%. После перетяжки часть проволоки подвергли 2-х ступенчатому старению по режимам: I ступень во всех случаях 393 °К - 3 ч; II ступень проводили при 433 °К в течение 4; 10 и 20 ч; при 443 °К - в течение 4; 7; 10; 15 и 20 ч; при 453 °К - в течение 2; 4; 10 и 15 часов. Из состаренной проволоки изготовили образцы для испытания на статическое растяжение (диаметром 3 мм), сопротивление срезу (длиной 20 мм) и технологическую пластичность (высотой 2d). Испытания проводили на гидравлической испытательной машине FT-100. Результаты испытаний приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Часть проволоки, перетянутой в свежезакалённом состоянии со степенями деформации 30 и 40 %, подвергли повторной закалке по тем же режимам с последующим повторным волочением в свежезакалённом состоянии со степенями деформации 0; 30 и 46 %. После повторной перетяжки в свежезакалённом состоянии проволоку старили по режимам: I ступень во всех случаях 393 °К - 3 ч; II ступень проводили при 443 °К в течение 4; 7; 10 и 15 ч; при 453 °К - в течение 4; 10 и 15 часов. Результаты испытаний проволоки на статическое растяжение представлены в табл.6.3, на срез и технологическую пластичность - в табл.6.4. Кроме того, часть проволоки, дважды подвергнутой перетяжке в свежезакалённом состоянии, вновь закаливали и перетянули также в свежезакалённом состоянии со степенями деформации 0; 30 и 42 % с последующим старением по тем же режимам. Результаты испытаний представлены в табл. 2.4 и 2.5.

Анализ представленных результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Наиболее высоким комплексом механических свойств и технологической пластичности обладает проволока как с рекристаллизованной, так и с нагартованной структурой, полученной после предварительного двойного цикла закалка - деформация (в свежезакалённом состоянии) с последующей окончательной закалкой (см. табл. 2.4, 2.5). При этом с увеличением степени деформации при волочении в каждом из предварительных циклов повышается технологическая пластичность (е) проволоки при сохранении её прочностных характеристик неизменными. Так, после двукратного предварительного (перед окончательной закалкой) волочения в свежезакалённом состоянии (с промежуточной перезакалкой) со степенями деформации по 30 % в каждом цикле достигается (после старения на II ступени при 453 °К в течение 10 ч.) следующий уровень свойств проволоки с рекристаллизованной структурой (см. табл. 6.5, 6.6 - строки 1 и 2 сверху): уВ = 545 МПа; у0,2 = 442 МПа; ?д = 12 %; ш = 48,2 %; е = 67% фср = 347 МПа.

Таблица 2.1

Влияние степени деформации при однократном волочении в свежезакалённом состоянии и режимов старения на механические свойства при статическом растяжении проволоки из сплава В95П

Режим старений на второй ступени	Степень деформации при перетяжке, %	Диаметр полученной проволоки, мм	Механические свойства проволоки при статическом растяжений
Температура °К	Время час			,МПа	МПа	д,%	ш,%
443	10	4	7,82	524	474	12,5	45,3
	15			510	459	13,5	49,3
	20			489	437	13,7	50,1
443	10	11	7,59	489	380	13,4	48,4
	15			468	399	13,2	50,9
	20			468	397	13,2	48,6
433	10	30	7,02	494	443	12,6	48,1
	20			470	402	13,5	48,6
443	10	30	7,02	473	400	12,9	49,3
	15			455	388	12,5	50,9
	20			457	394	12,7	49,9
453	10	30	7,02	417	345	13,1	52,4
	15			399	328	13,7	54
433	10	46	6,63	488	451	12,8	47,7
	20			462	404	12,9	46,4
443	10	46	6,63	456	395	12,8	47,8
	15			442	391	13	47,8
	20			444	386	12,8	48,7
453	10	46	6,63	410	349	13,3	52,1
	15			398	337	13,8	53,1
443	10	51	6,5	469	411	12,5	48,5
	15			447	399	12,4	49,8
	20			449	406	12,9	49,7

Примечания: 1. Исходный диаметр проволоки перед первой протяжкой - 8 мм.

Таблица 2.2

Влияние степени деформации при однократном волочении в свежезакалённом состоянии и режимов старения на статическую пластичность и сопротивление срезу проволоки из сплава В95П

Режим старений на второй ступени	Степень деформации при перетяжке, %	Диаметр полученной проволоки, мм	Параметры осадки до появления трещина	Сопротивление срезу,фср, МПа
Температура °К	Время час			Р, кгс	е ,%
443	10	4	7,82	7000	61	318
	15			8000	62	307
	20			8500	63	301
443	10	11	7,59	7000	62	299
	15			7000	62	383
	20			7400	63	280
433	10	30	7,02	5750	61	302
	20			5500	62	286
443	10	30	7,02	5500	62	284
	15			6000	64	276
	20			6500	65	277
453	10	30	7,02	6500	68	248
	15			6500	69	239
433	10	46	6,63	5000	62	297
	20			5500	63	278
443	10	46	6,63	5000	62	279
	15			5500	65	273
	20			5500	66	270
453	10	46	6,63	5800	68	248
	20			6000	69	241
443	10	51	6,5	5200	64	285
	15			5300	65	274
	20			6500	67	276

Таблица 2.3

Влияние степени деформации при двухкратном волочении в свежезакалённом состоянии (с промежуточной перезакалкой) и режимов старения на механические свойства при статическом растяжении проволоки из сплава В95П

Степень деформации при волочении в свежезакалённом состоянии, %	Режим старений на второй ступени	Диаметр полученной проволоки, мм	Механические свойства проволоки при статическом растяжений
первое	второе	Температура °К	Время час		ув ,МПа	у0,2 ,МПа	д,%	ш,%
30	0	453	10	7,02	526	457	12,7	42,4
			15		491	412	13,4	44,9
46	0	453	10	6,63	523	445	12,5	42,7
			15		494	404	13,2	44,5
30	30	443	10	6,08	489	418	13,6	46,2
			15		470	402	13,4	48,6
30	30	453	10	6,08	430	364	13	49,3
			15		409	345	12,8	50,8
46	46	443	10	5,57	494	426	12,9	45,3
			15		465	397	12,8	47,4
46	46	453	10	5,57	426	366	12,8	50,2
			15		405	348	13,3	50,7

Таблица 2.4

Влияние степени деформации при трёхкратном волочении в свежезакаленном состоянии (с промежуточной перезакалкой) и режимов старения на механические свойства при статическом растяжении проволоки из сплава В95П

Степень деформации при волочении в свежезакалённом состоянии, %	Режим старений на второй ступени	Диаметр полученной проволоки, мм	Механические свойства проволоки при статическом растяжений
первое	второе	третье	Температура °К	Время час		ув,МПа	у0,2 ,МПа	д,%	ш,%
30	30	0	453	10	6,1	545	442	12	48,2
				15		505	409	13,9	49,8
46	46	0	453	10	5,56	539	455	12,3	47,7
				15		500	408	14,6	49,5
30	30	30	443	10	5,32	534	435	12,9	45
				15		531	430	12,2	44,6
30	30	30	453	30	5,32	456	396	12,7	50
				15		425	362	12,6	50,5
46	46	42	443	10	4,68	514	465	12,8	42,5
				15		514	440	12,2	43,4
46	46	42	453	10	4,68	437	369	12,6	49,8
				15		423	368	12,9	50,5

Таблица 2.5

Влияние степени деформации при трёхкратном волочении в свежезакаленном состоянии (с промежуточной перезакалкой) и режимов старения технологическую пластичность и сопротивление срезу проволоки из сплава В95П

Степень деформации при волочении в свежезакаленном состоянии, %	Режим старений на второй ступени	Диаметр полученной проволоки, мм	Параметры осадки до появления трещина	Сопротивление срезу, фср, МПа
первое	второе	третье	Температура °К	Время час		Р, кгс	е ,%
30	30	0	453	10	6,1	6000	67	347
				15		6000	67	324
46	46	0	453	10	5,56	6500	72	339
				15		6000	72	320
30	30	30	443	10	5,32	6500	74	324
				15		7000	75	320
30	30	30	453	10 15	5,32	6500 6500	76 77	273 257
46	46	42	443	10	4,68	4250	72	307
				15		4500	73	305
46	46	42	453	10	4,68	...

Подобные документы

• Расчет заклепочных швов

  Особенности заклепочных соединений, типов заклепок, заклепочных швов. Понятие о сдвиге. Расчет заклепок на перерезывание. Основные критерии работоспособности при расчете деталей машин. Расчет прочных швов при осевом нагружении соединяемых элементов.
  
  курсовая работа [1010,2 K], добавлен 01.10.2009
  

• Проектирование конструкций летательных аппаратов

  Конструирование однорядных и двухрядных заклепочных швов. Проектирование и расчет проушин неподвижных и подвижных соединений. Разработка кронштейна узла навески управляющей поверхностей. Проектирование и расчет основных параметров усиленных нервюр.
  
  методичка [732,0 K], добавлен 08.06.2015
  

• Технология переработки полимеров

  Механические соединения полимеров. Использование заклепочных соединений при работе с полимерными изделиями, не подлежащими сварке. Резьбовые соединения, схема "винт-гайка". Принцип нажимной кнопки (соединение защелкиванием). Варианты обработки резанием.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.06.2012
  

• Модернизация установки для термической обработки коксовых камер модели "КSCT–12"

  Установка для местной термической обработкой сварных соединений, направленная на снижение уровня сварочных напряжений. Улучшение структуры, механических и специальных свойств (коррозионной стойкости, жаропрочности, хладостойкости) сварных соединений.
  
  дипломная работа [5,8 M], добавлен 11.09.2014
  

• Детали машин и основы конструирования

  Технологии сварных, винтовых и заклепочных соединений. Силовой и кинематический расчеты привода к технологическому оборудованию. Определение прочности закрытой цилиндрической прямозубой передачи. Проектирование зубчатого колеса тихоходной ступени.
  
  методичка [2,3 M], добавлен 30.01.2012
  

• Термическая обработка деталей

  Общая характеристика методов термической обработки. Разработка операций термической обработки детали. Температура нагрева, продолжительность выдержки в печи, скорость охлаждения. Оборудование для термической обработки. Дефекты термической обработки.
  
  курсовая работа [249,8 K], добавлен 29.05.2014
  

• Технология термической обработки резцов из быстрорежущей стали

  Сравнительная характеристика сталей. Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5 в литом состоянии. Разработка режима термической обработки. Закалка, трёхкратный отпуск. Оборудование для нагрева, отжига проволоки, ленты. Подъемно-транспортное оборудование.
  
  контрольная работа [1,8 M], добавлен 10.11.2008
  

• Исследование стойкости труб к коррозионному растрескиванию под напряжением

  Схема процесса коррозионного растрескивания под напряжением (КРН). Сравнительные испытания стойкости металла вблизи шва и основного металла труб 12х1220 мм из стали 17Г1С-У и 17,8х1220 мм из стали К60 к КРН. Анализ состояния образцов после испытаний.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 27.09.2012
  

• Проект модернизации aгрегатно-сверлильного станка АБ1595

  Сверлильные станки, виды, сравнительный анализ способов обработки. Кинематический и конструктивный расчеты. Определение мощности, работоспособности зубчатых передач, шпоночных соединений, шпинделя. Разработка технологического процесса обработки детали.
  
  дипломная работа [3,0 M], добавлен 28.07.2011
  

• Разработка технологического процесса термической обработки детали

  Ознакомление с методикой разработки технологического процесса термической обработки деталей: автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. Расшифровка марки заданной стали, описание ее микростуктуры, механических свойств до термической обработки.
  
  контрольная работа [46,9 K], добавлен 05.12.2008
  

• Сварные соединения

  Характеристика основных способов сварки. Недостатки сварных соединений. Использование одностороннего и двустороннего шва при сварке деталей. Расчет сварных соединений при постоянных нагрузках. Особенности клеевых и паяных соединений, их применение.
  
  презентация [931,7 K], добавлен 24.02.2014
  

• Деформация сдвига. Геометрические характеристики плоских сечений. Кручение стержней с круглым поперечным сечением

  Напряжения и деформации при сдвиге. Расчет на сдвиг заклепочных соединений. Статический момент сечения. Моменты инерции сечений, инерции прямоугольника, круга. Крутящий момент. Определение деформаций при кручении стержней с круглым поперечным сечением.
  
  реферат [3,0 M], добавлен 13.01.2009
  

• Разработка технологического процесса термической обработки вала

  Описание условий работы вала и требования к нему. Выбор и обоснование марки стали. Процесс выбора вида и разработка технологии термической обработки вала. Подбор охлаждающей среды для закалки, температур и времени выдержки при нагревах под отпуск.
  
  контрольная работа [496,5 K], добавлен 02.09.2015
  

• Разработка методики испытаний пружин

  Характеристика пружин, их назначение, основные технические и специальные требования; параметры качества пружин. Разработка конструкции установки и методики для испытания пружин: программа испытаний изделия, оборудование и приборы, средства измерений.
  
  курсовая работа [5,6 M], добавлен 29.01.2014
  

• Разработка технологического процесса изготовления и термической обработки шлицевого вала

  Метод получения детали. Назначение припусков, допусков и напусков. Расчёт режимов термической обработки. Определение последовательности кузнечных операций. Разработка технологического процесса свободной ковки. Черновая и чистовая механическая обработка.
  
  курсовая работа [558,7 K], добавлен 07.08.2013
  

• Разработка технологического процесса изготовления и термической обработки детали

  Технологический процесс изготовления крышки редуктора литьем. Выбор способа формовки и положения отливки в форме, разработка чертежей. Расчет литниковой системы; выбор опоки. Определение режимов предварительной и окончательной термической обработки.
  
  курсовая работа [262,0 K], добавлен 24.04.2014
  

• Плазменная резка высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

  Характеристика фасонных частей из высокопрочного чугуна и условия их эксплуатации. Выбор режимов резки и оборудования. Разработка конструкции приспособлений для резки. Режим работы и фонд рабочего времени. Расчет технологической себестоимости заготовки.
  
  дипломная работа [6,8 M], добавлен 26.10.2011
  

• Разработка проекта отделения для термической обработки деталей и инструментов в условиях машиностроительного завода с годовой производственной программой 500 тонн

  Условия работы зубчатого колеса, пружины, плашки и пуансона и требования к ним. Разработка технологии термической обработки. Выбор и расчет основного оборудования. Оборудование для охлаждения. Выбор дополнительного и подъемно-транспортного оборудования.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 19.04.2015
  

• Разработка технологического процесса термической обработки пружины из стали 60С2А

  Характеристика стали 60С2А, химический состав и механические свойства. Структурные превращения в стали при термической обработке. Выбор оборудования для обработки детали. Разработка технологии термообработки и маршрутной технологии изготовления пружины.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 05.12.2014
  

• Виды, режимы и особенности термообработки сплава АМц

  Изучение свойств алюминиевого деформируемого сплава, где основным легирующим элементом является марганец. Влияние легирующих элементов на свойства и структуру сплава и основных примесей. Условия эксплуатации и области применения алюминиевых сплавов.
  
  реферат [128,9 K], добавлен 23.12.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам