Свойства сталей и сплавов для изготовления авиационной и судовой техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Свойства сталей и сплавов для изготовления авиационной и судовой техники

Для современного авиастроения и кораблестроения характерно использование при эксплуатации высоких скоростей перемещения, температур и давлений при одновременном воздействии агрессивной среды.

Детали современного летательного аппарата и авиационного двигателя работают в тяжелых условиях: они испытывают действие больших нагрузок, переменных температур и химически активной вредной среды.

Авиационный конструктор, создавая вертолет, самолет или двигатель, выбирает такие материалы, которые обеспечивают надежную длительную работу конструкции при наименьшем ее весе, легко обрабатываются, недороги и имеются в нашей стране в достаточном количестве.

Аналогичные проблемы решаются при проектировании и создании кораблей.

Таким образом, материалы, применяемые в авиационных конструкциях и кораблях должны удовлетворять определенным требованиям:

- иметь малый удельный вес;

- иметь высокую прочность;

- легко обрабатываться;

- быть долговечными;

- быть дешевыми и доступными.

Ниже дается краткая характеристика физико-технологических свойств некоторых конструкционных материалов, используемых в авиастроении и кораблестроении.

Сталь ЗОХГСА относится к классу конструкционных улучшаемых сталей. Применяется для изготовления формообразующей оснастки и ответственных сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в атмосферных условиях при температуре не ниже --70°С; верхний предел температуры применения ограничивается температурой отпуска.

Химический состав, %: 0,28 - 0,34 С; 0,9 - 1,2 Si; 0,8 - 1,1 Мn; 0,8 - 1,1 Сr; Fе - основа.

Сталь ЗОХГСА после упрочняющей термообработки (закалка 870 - 890°С - охлаждение в масле - отпуск при 510 - 570°С - охлаждение в масле) имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - весьма высокая (ВВ), давлением в интервале температур деформации 1050 - 850°С - удовлетворительная (У); ограниченно свариваемая.

К особенностям деталей, изготовляемых из этой стали, относятся большое количество сварных швов, наличие вызванных сваркой внутренних напряжений, сложность базирования.

Сталь 40ХН2МА относится к классу конструкционных улучшаемых сталей. конструкционный материал авиастроение сталь

Применяется для изготовления ответственных сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в атмосферных условиях при температуре до 500°С.

Химический состав, %: 0,37 - 0,44 С; 0,17 - 1,37 Si; 0,5 - 0,8 Мn; 0,6 - 0,9 Сr; 1,25 - 1,65 Ni; 0,15 - 0,25 Мо; Fе - основа.

Сталь 40ХН2МА после упрочняющей термообработки (закалка 870 - 890°С - охлаждение в масле - отпуск при 510 - 670°С - охлаждение в масле) имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - У, давлением в интервале температур деформации 1150 - 850°С - У.

Деталь «кронштейн» (рис. 1, а) имеющая сложную конструкцию, большое количество карманов с радиусными переходами различной величины, обычно изготавливается из стали 40ХН2МА.

Сложность механической обработки детали «наконечник» (рис. 1, б), которая также изготавливается из стали 40ХН2МА, обусловлена малой жесткостью щек, возможностью их деформации под действием сил резания и внутренних напряжений, высокой точностью формы.

Рис. 1. Несущие детали из стали 40ХН2МА: а - кронштейн, габариты ; б - наконечник лопасти несущего винта, габариты

Хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т относится к классу коррозионностойких сталей, не упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре до 800°С.

Химический состав, %: 0,12С; 0,2 Si; 0,5 - 0,8 Мn; 17 - 19 Сr; 9 - 11 Ni; 0,15 - 0,25 Мо; Fе - основа.

Механические свойства стали 12Х18Н10Т: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - У, давлением в интервале температур деформации 1220 - 850°С - У, свариваемость - У.

К особенностям деталей, изготовленных из этой стали, относятся: затрудняющее достижение требуемой точности, большое количество сварных швов, создающих значительные остаточные напряжения, отсутствие выраженных базовых поверхностей, недостаточная жесткость.

Высокопрочная коррозионная сталь 03Х11Н10М2Т (ВНС - 17) относится к классу высокопрочных сталей специального назначения, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре до 400°С и криогенных температурах.

Химический состав, %: 10 - 11,5 Сr; 9 - 110,5 Ni; 0,7 - 1,1 Тi; 1,8 - 2,3 Мо; Fе - основа.

Сталь ВНС-17 после упрочняющей обработки (закалка с 860°С на воздухе - старение, 2 ч при 500°С) имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Относится к труднообрабатываемым материалам.

Хромоникельтитанистая сталь с медью Х15Н5Д2Т (ВНС-2) относится к классу высокопрочных сталей специального назначения, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре 300°С и криогенных температурах.

Химический состав, %: 0,08 С; 14 - 15 Сr; ; 4,7 - 5,5 Ni; 0,15 - 0,3 Тi; 1,75 - 2,5 Cu; Fе - основа. После термообработки сталь ВНС-2 имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %. Обрабатываемость резанием - У, давлением в интервале температур деформации 1150 - 850°С - У; свариваемость - высокая (В). Пример детали, выполненной из стали ВНС-2, дан на рис. 2. Ее механическая обработка осложнена малой жесткостью и труднообрабатываемостью высокопрочной стали ВНС-2. Высокопрочная сталь ВНЛ-3 относится к классу коррозионностойких литейных сталей, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре 350°С.

Рис. 2. Деталь кронштейн. Габариты , материал ВНС-2. Труднообрабатываемый материал, малая жесткость

Химический состав, %: 0,08 С; 13 - 14,5 Сr; ; 4,5 - 5,5 Ni; 1,5 - 2,0 Мо; 1,25 - 1,75 Cu; Fе - основа.

После упрочняющей обработки сталь ВНЛ-2 имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Пример детали из стали ВНЛ-3 дан на рис. 3.

Рис. 3. Корпусные детали из стали ВНЛ-3: а - корпус; габариты , труднообрабатываемый материал, сложность конструкции; б - корпус; габариты , обработка отверстия и плоскости под углом

Высокопрочный сплав МЛ5пч относится к классу высокопрочных литейных магниевых сплавов. Применяется для изготовления нагруженных деталей внутреннего и наружного набора самолета.

Химический состав, %: 7,5 - 9,0 Al; 0,2 - 0,8 Zn; 0,15 - 0,5 Mn; Mg - основа.

Сплав МЛ5пч упрочняется термообработкой и имеет после закалки и искусственного старения (Т4) следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - весьма высокая (ВВ), свариваемость - У, линейная усадка 1,2 - 1,3%. Пример деталей из сплава ПЛ5пч дан на рис. 4.

Рис. 4. Корпусные детали из магниевого сплава МЛ5пч: а - плита; б - кронштейн

Механическая обработка производится только хорошо заточенным инструментом. Применение СОЖ не допускается. Не допускается смазывание маслом направляющих станков, на которых производится обработка магниевых сплавов во избежание образования наклепа поверхности направляющих. На участке обработки магниевых сплавов применяются особые меры пожарной безопасности.

Сложность изготовления деталей, изображенных на рис. 4, обусловлена наличием большого количества плоских и цилиндрических поверхностей, ориентированных под разными углами, и малой жесткостью.

Титановый сплав ОТ4-1 относится к классу сплавов повышенной пластичности. Применяется для изготовления нагруженных деталей и сварных узлов внутреннего и наружного набора, длительно работающих при температуре до 300°С.

Химический состав, %: 1,0 - 2,5 Al; 0,7 - 2,0 Mn; Ti - основа.

Сплав ОТ4-1 применяется в отожженном состоянии и имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - У, давлением в интервале температур деформации 1050 - 850°С - У, свариваемость - низкая (Н). Сложность получения заданной точности формы деталей из сплава ОТ4-1 вызвана малой толщиной листа (d = 0,8…3 мм), его плохой свариваемостью и недостаточной жесткостью детали.

Жаропрочный сплав ВТЗ-1 относится к классу ковочных сплавов. Применяется для изготовления нагруженных силовых деталей крепежных узлов, длительно работающих при температуре до 400°C.

Химический состав, %: 5.5 - 7,0 Al; 2,0 - 3,0 Мо; 0,8 - 2,3 Cr; 0,15 - 0,4 Si; 0,2 - 0,7 Fe; Ti - основа.

Жаропрочный сплав ВТЗ-1 применяется в отожженном состоянии и имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - У, давлением в интервале температур деформации 1050 - 750°С - У, свариваемость - Н. Металлический титан в виде стружки может гореть при достаточно сильном местном подогреве, например, при обработке тупым инструментом. Заметное взаимодействие титана с кислородом начинается при температуре более 600°С. При окислении титана кроме обычной окалины образуется хрупкий поверхностный слой, представляющий твердый раствор кислорода в титане. Деформируемый алюминиевый сплав АК6 относится к классу ковочных алюминиевых сплавов. Применяется в закаленном и искусственно состаренном (Т1) состоянии для изготовления несущих тяжелонагруженных деталей: фитингов, шпангоутов, кронштейнов, качалок.

Химический состав, %: 1,8 - 26 Сu; 0,7 - 1,2 Si; 0,4 - 0,8 Mg; Al - основа.

После закалки и искусственного старения сплав АК6 имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - В, давлением в интервале температур деформации 470 - 380°С - В, свариваемость - У. Весь прокат обрабатывается в состоянии поставки. Поковки из АК6 высотой более 120 мм обрабатываются предварительно под термообработку с припуском 20 мм на сторону, затем закаливаются, далее производится окончательная обработка.

Материал получил наибольшее распространение при изготовлении несущих элементов конструкции вертолета (рис. 5, 6). Обработка выполняется исключительно на станках с ЧПУ.

Рис. 5. Детали самолета, изготовленные из сплава АК-6Т1: а - фитинг, габариты ; б - боковина, габариты ; в - фитинг, габариты ; г - фитинг, габариты ; д - шпангоут пола, габариты

Рис. 6. Детали самолета, изготовленные из сплава АК-6Т1: а - нервюра, габариты ; б - шпангоут, габариты ; в - узел подредукторный, габариты ; г - фитинг, габариты д - плита, габариты

Литейный алюминиевый сплав АЛ9 системы «алюминий - кремний» относится к классу силуминов.

Применяется, в основном, для изготовления корпусных и иных деталей топливной и гидравлической систем, применяемых в самолетах и кораблях.

Химический состав, %: 6 - 8 Si; 0,2 - 0,4 Mg; Al - основа.

После закалки и естественного строения (Т4) имеет следующие механические свойства: кгс/мм²; кгс/мм²; %.

Обрабатываемость резанием - У. Пример деталей из сплава АЛ9 дан на рис. 7.

Рис. 7. Детали гидросистемы самолета, изготовленные из литейного сплава АЛ9

Размещено на Allbest.ru