Разработка требований к листовым алюминиевым сплавам для получения алюмоламинатов и изготовления из них деформированных изделий

Литература

1 Третьяков А. В. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. [Текст] / А. В. Третьяков, В. И. Зюзин. М.: Металлургия, 1973. 53 с.

2 Колбасников Н. Г. Физические основы прочности и пластичности металлов. [Текст] / Н. Г. Колбасников. СПб.: Издательство СПбГПУ, 2004. 137 с.

3 Шалина Р. Е. Авиационные материалы. [Текст] / Р. Е. Шалина. М.: ОНТИ, 1982. 93 с.

4 Harhash M., Sokolova O., Carrado A., Palkowski H. Mechanical properties and forming behaviour of laminated steel/polymer sandwich systems with local inlays - Part 1 // Composite Structures, 2014. Vol. 118. P. 112-120.

5 Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Пер. с англ. [Текст] / Л. Ф. Мондольфо. М.: Металлургия, 1979. 640 с.

6 Mohottia D., Ngo T., Raman S. N., Ali M., Mendis P. Plastic deformation of polyurea coated composite aluminiumplates subjected to lowvelocity impact // Materials and Design, 2014. Vol. 56. P. 696-713.

РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ЛИСТОВЫМ АЛЮМИНИЕВЫМ СПЛАВАМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОЛАМИНАТОВ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НИХ

ДЕФОРМИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ 1 2 Храмова М. И. , Луконина Н. В.

'Храмова Марина Ивановна / Khramova Marina Ivanovna - аспирант; 2Луконина Наталья Викторовна /Lukonina Natalya Victorovna - аспирант, направление: технологии материалов, кафедра технологии материалов и авиационного материаловедения, Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева,

г. Самара

Аннотация: работа посвящена оценке пригодности алюминий-полимерных композитов к гибочным операциям листовой штамповки. Проведены испытания плоских 3 и 5 слойных образцов на 3 точечный изгиб с углами 60°и 90°, диаметрами роликов (3, 6, 12 мм). Показано, что равномерность деформаций утонения в 3 и 5 слойных композитных материалах зависит от свойств материала основы композита и не зависит от количества слоев. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии формообразования композитных алюминий-полимерных листов.

Ключевые слова: алюминий-полимерные композиты, полимер, алюминиевый сплав, гибка, вытяжка, механические свойства, технологические свойства.

1. Введение

Основную долю (около 70%) планера современных пассажирских и транспортных самолетов составляют алюминиевые сплавы [1]. Однако кардинальное улучшение их свойств невозможно при использовании традиционных приемов металловедения путем легирования различными компонентами, включая совершенствование режимов термической и термомеханической обработок [2].

К тому же в авиационной технике нового поколения неметаллические композиты интенсивно вытесняют алюминиевые сплавы в планере и создают вызов их доминирующему положению. Так, 50 % основных секций самолета Airbus A350, включая силовую конструкцию фюзеляжа и крыла, выполнены из композиционных материалов (КМ) [3].

Алюмоламинаты обеспечивают:

1) снижение скорости роста усталостной трещины - в 5-100 раз;

2) повышение виброакустической выносливости - в 10 раз;

3) снижение массы деталей - на 10-15% [4].

Пригодность листовых материалов к различным операциям листовой штамповки чаще всего оценивается по соотношению механических свойств, а также при проведении технологических испытаний. При технологических испытаниях критериями оценки штампуемости листовых материалов могут служить предельный коэффициент вытяжки, усилие гибки, модуль Юнга и жёсткость, упругая отдача [5].

Целью представленной работы является разработка требований к получению алюмоламинатов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) оценка влияния количества слоёв и свойств исходных алюминиевых сплавов в алюмоламинатах на равномерность деформации при гибке, упругую отдачу, модуль упругости Юнга, глубину вытяжки при испытании плоским и сферическим пуансоном;

2) оценка возможности проведения технологического нагрева используемых сплавов.

2. Материалы и методика

Из всех классов алюминиевых сплавов наиболее пригодными являются сплавы, выпускаемые в виде листовых полуфабрикатов [6-9]:

• деформируемые термически упрочняемые нестареющие (сплавы системы А1-М£-Ц);

• деформируемые термически неупрочняемые нестареющие (АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6).

Поскольку технология сборки металл-полимерных композитов предусматривает кратковременный нагрев металлических заготовок до температур 2600С, в течение 3 мин., то использование материалов, склонных к старению может привести к потере свойств штампуемости. Для оценки пригодности алюмоламинатов к различным операциям листовой штамповки проводились вытяжные и листогибочные испытания.

Пригодность к вытяжным операциям оценивалась по результатам испытаний на глубокую вытяжку плоским и сферическим пуансоном с усилием 5 кН, диаметр пуансона 33 мм.

Гибка проводилась с использованием трёхточечного изгиба (ГОСТ 12934-83) с углами между полками 60°, 90° и диаметрами роликов (3мм, 6мм, 12 мм). Испытания проводились на прямоугольных образцах с размерами 100х20х1,4 (мм).

3. Результаты и обсуждение

Изменение деформации по толщине заготовок в зонах сжатия и растяжения: степень деформации по толщине в местах локализации деформации, как в зоне растяжения, так и в зоне сжатия составляет 12,4...12,5%. На фланцах заготовки в обеих областях наблюдаются неравномерные деформации, не превышающие 3%, и имеющие минимальные значения на краях заготовок.

Увеличение количества слоёв до пяти без изменения толщины листа и объёмной доли пластика в композите на основе сплава АМц приводит к расширению области локализации деформации.

Зависимости глубины вытяжки при испытаниях плоским и сферическим пуансоном: появление пластика между слоями сплава АМц приводит к уменьшению высоты вытягиваемого стаканчика на 28-30%, а увеличение количества слоёв от трёх до пяти в сэндвиче на основе сплава АМц не влияет на высоту стаканчика.

Было выявлено, что с увеличением количества слоёв в сэндвиче высота сферической лунки изменяется не значительно. Более заметное влияние оказывает базовый сплав, на основе которого получен композитный сэндвич: у более пластичного сплава АМц значения высоты сферической лунки выше в среднем на 40% как для исходного листа, так и для трёхслойного и пятислойного композита.

4. Заключение

1) Для теплой склейки необходимы алюминиевые листовые сплавы толщиной не менее 20 мкм, обладающей достаточной пластичностью, пластичность можно получить перед склейкой алюмоламинатов либо в нагартованном, либо в закаленном состоянии.

2) Равномерность деформации полученных трёхслойных сэндвичей, изготовленных на основе сплавов 1420 и АМц, определяется пластическими свойствами и анизотропией пластических свойств исходных металлических листов.

3) Усилие вытяжки плоским пуансоном уменьшается на 10.. 12% при испытании сэндвичей на основе сплава 1420 при увеличении количества слоёв от 3 до 5. При испытаниях трёхслойных и пятислойных сэндвичей на основе сплава АМц увеличение количества слоёв не влияет на усилие вытяжки плоским пуансоном. По сравнению с вытяжкой исходных сплавов, усилие вытяжки композитов на 25...40% выше при обоих вариантах сборки (2/1 и 3/2).

Литература

1. Третьяков А. В. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением // 1973. Металлургия. С. 53.

2. Колбасников Н. Г. Физические основы прочности и пластичности металлов // 2004. Издательство СПбГПУ. С. 137.

3. ШалинаР. Е. Авиационные материалы // 1982. ОНТИ. С. 93.

4. Пат. 2111826. Российская Федерация. МПК B22D11/04, Способ литья алюминиевых сплавов, алюминиевый сплав и способ производства из него промежуточных изделий // 1998. № 96113996. Опубл. 27.05. С. 3.

5. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Пер. с англ. // 1979. Металлургия. С. 640.

6. Киселева Т. Ю., Жолудев С. И., Ильиных И. А., Новакова А. А. Анизотропные магнитострикционные металл-полимерные композиты для функциональных устройств // 2013. Письма в Журнал технической физики. Т. 39. № 24. С. 71-80.

7. Mohottia D., Ngo T., Raman S. N., Ali M., Mendis P. Plastic deformation of polyurea coated composite aluminiumplates subjected to lowvelocity impact // 2014. Materials and Design. Vol. 56. P. 696-713.

8. Сенаторова О. Г., Антипов В. В., Лукина Н. Ф., Сидельников В. В., Шестов В. В., Митраков О. В., Попов В. И., Ершов А. С. Высокопрочные трещиностойкие лёгкие слоистые алюмостеклопластики класса СИАЛ - перспективный материал для авиационных конструкций // Технология легких сплавов, 2009. № 2. С. 28-31.

9. Saeed Mousa, Gap-Yong Kim. Experimental study on warm roll bonding of metal/polymer/metal multilayer composites // Journal of Materials Processing Technology, 2015. Vol. 222. P. 84-90.