Файл: Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов.pdf

нельного типа; она расположена внизу фюзеляжа. Ее форма определена не только теоретическим контуром фюзеляжа, но и необходимостью установки приборов. В конструкцию фюзеляжа обе детали монтируются на зак­ лепках (ударная клепка).

43

I

Эти детали подвергаются действию больших нагрузок, возникающих от избыточного давления в герметичной кабине. Это приводит к возникновению в деталях изгиба­ ющих напряжений. Кроме того, наличие больших вырезов под стекла в обшивке, воспринимающей продольные и кольцевые усилия от наддува оболочки, приводит к воз­ никновению значительных усилий растяжения [24].

В связи с этим детали «каркас» и «панель» первона­ чально предполагалось изготавливать из кованых или

мальным, коэффициентом использования металла в про­ цессе последующей механической обработки на сложных прецизионных станках. Это делало нерациональным при­ менение указанной технологии.

Более целесообразной для таких деталей явилась за­ мена кованых и штампованных заготовок литыми заго­ товками из алюминиевого сплава, свойства которого близки к свойствам сплава АК6.

Экономическая эффективность такой замены иллюст­ рируется соотношением размеров кованых и литых заго­ товок, представленных на рис. 10. Масса после обрубки детали «каркас» равна 13,8 кг, а детали «панель» 20,7 кг. Кованые заготовки для этих деталей весят соответствен­ но 1560 и 795 кг. Коэффициент использования ме­ талла (КИМ) при этом равен для детали «каркас» 0,009,

44

3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СПЛАВОВ

Раздел металловедения, интенсивно развивающийся в последние годы, и посвященный созданию методов разработки сплавов с заранее заданными или оптималь­ ными свойствами, принято называть синтезом сплавов. Наиболее интересные работы в этой области принадле­ жат Б. Б. Гуляеву, И. И. Новикову, В. С Золоторевскому, А. С. Ковалеву и др.

Образование литейных сплавов происходит в про­ цессе их плавки и обработки в жидком состоянии. Пер­ вичная кристаллизация и термическая обработка фор­ мируют структуру литого металла. Основным фактором, определяющим механические и технологические свойст­ ва литейного сплава, является его состав (в это понятие входит содержание нейтральных и вредных примесей и газов, зависящее от технологии плавки, а также состава исходных материалов топлива и флюсов).

В настоящее время существует много стандартизо­ ванных и нормализованных литейных сплавов с самыми различными свойствами. Однако общей методики син­ теза сплавов, т. е. подбора их состава под заданные или оптимизированные свойства, пока не существует. Поэ­ тому приходится проводить дорогие и трудоемкие ис­ следования без уверенности в том, что составы реко­ мендуемых сплавов наилучшие.

Построение обобщенных диаграмм состояния, осно­ ванное на анализе имеющихся данных, позволяет полу­ чить полное представление о характере попарного взаи^ модействия основы сплава с остальными элементами, а физико-химический анализ — качественно связать типы диаграмм состояния основа сплава — добавка с ха­ рактером влияния этой добавки на важнейшие свойства сплава.

Результаты исследования механических свойств двой­ ных литейных сплавов показывают, что их механические свойства связаны единой зависимостью с величиной пре­ дельной растворимости и коэффициентом распределения для данной основы. Это позволяет в результате сравни­ тельно небольшого числа экспериментов выбрать из всей периодической системы элементов легирующие добавки, которые могут оказывать эффективное влияние на ме­ ханические свойства сплавов на данной основе.

45

Анализ диаграмм состояния основы сплава с выб­ ранными легирующими добавками позволяет оценитьвозможные технологические характеристики этих спла­ вов. Анализ уровня и динамики цен на различные эле­ менты дает возможность отсеять из легирующих доба­ вок те, применение которых экономически нецелесооб­ разно.

Выбор оптимального легирующего комплекса из ле­ гирующих элементов затрудняется из-за весьма ограни­ ченного масштаба исследований тройных систем и бес­ перспективности получения в ближайшем будущем не­ обходимой информации о более сложных системах. Од­ нако некоторые общие рекомендации для решения этой задачи можно получить в результате анализа двойных диаграмм состояния и обобщения накопленного к насто­ ящему времени опыта.

Оптимизация состава и режима термической обра­ ботки сплава на основе данного легирующего комплекса должна производиться при помощи математической мо­ дели, получаемой в результате проведения активного эксперимента, требующего минимального количества опытов. Оптимизация может проводиться по максималь­ ной прочности при заданных характеристиках пластич­ ности, по минимальной стоимости шихтовых материа­ лов при заданных механических свойствах или по другим факторам [25].

Бзадачу синтеза сплава входит следующее:

1.Формулировка требований к сплаву и назначение его основы. Эта задача решается главным образом кон­ структором с учетом технико-экономической конъюнк­ туры.

46

2. Выбор ряда основных и вспомогательных легиру­ ющих элементов, вводимых в основу с целью управления свойствами сплава, а также определение вредных при­ месей, содержание которых в сплаве должно быть ог­ раничено. Эта задача решается средствами физико-хи­ мического анализа.

Как показали исследования, легирующими добав­ ками, улучшающими механические свойства в конст­ рукционных сплавах, могут служить элементы, которые обладают значительной растворимостью в основе и име­ ют 'близкий к единице коэффициент распределения при первичной кристаллизации (соотношение растворимостей добавки в твердой и жидкой фазах основы сплава). Из их числа экономически .целесообразно применять только те элементы, упрочняющим влиянием которых окупают­ ся повышенные затраты на шихтовые материалы. Эле­ менты с малым коэффициентом распределения при пер­ вичной кристаллизации сосредоточиваются по границам зерен, резко уменьшают пластичность сплава, а поэтому должны рассматриваться как вредные примеси.

3. Выбор легирующего комплекса, т. е. группы эле­ ментов, которые целесообразно вводить совместно. За­ дача может решаться путем анализа тройных или более сложных диаграмм состояния или на основе методов активного эксперимента.

4. Выбор состава сплава, т. е. концентрации отдель­ ных элементов, которые после определенной термической обработки сплава обеспечивают предъявляемые к нему требования. Задача решается исключительно методом активного эксперимента с применением кибернетики и математической статистики, которые позволяют решать указанные задачи при минимальном количестве экспе­ риментов [26, с. 3].

Современные методы активного эксперимента позво­ ляют исследовать локальные области многокомпонент­ ных диаграмм состав—свойство и связь их со струк­ турой. Механизм применения методов планирования эксперимента к изучению алюминиевых литейных спла­ вов теоретически изучен недостаточно, а эксперимен­ тальные работы, посвященные этому вопросу, незначи­ тельны. Представляют интерес работы [27, 28], рас­ сматривающие методику планирования состава опытных сплавов и обработку результатов эксперимента на осно-

47