Исследование и освоение труднодеформируемых штампосварных конструкций летательных аппаратов

• Автор: Меркулов, Виктор Иванович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОЕИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОСВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1Л. Обзор устройств и методов гибки листовых заготовок
1.2. Конструктивно-технологический анализ изготовления панелей вафельного типа
1.3. Определяющие факторы технологических процессов штамповки, сварки и термообработки штампосварных заготовок
1.4. Анализ существующих технологических процессов изготовления штампосварных титановых конструкций
1.5. Выбор и обоснование исследований новых ресурсосберегающих технологических процессов изготовления штампосварных конструкций из титановых сплавов
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ИЗГИБА С РАСТЯЖЕНИЕМ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
2.1. Постановка задачи
2.2. Алгоритм решения
2.3. Определение поля радиусов кривизны линий скольжения
2.4. Исследование поля деформаций в пластической области
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШТАМПОСВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Способы и устройства для определения остаточных напряжений
3.2. Исследования режимов электроконтактного нагрева для листовой штамповки титановых заготовок
3.3. Исследования формирования макро- и микроструктуры поверхностного рельефа стыкуемых кромок и их влияние на ад-

сорбцию и десорбцию загрязнений
3.4. Исследования проплавления толстостенных штампосварных титановых конструкций
3.5. Выводы
Глава 4. ОСВОЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
4.1. Деформирование с применением электроконтактного нагрева
4.2. Деформирование с применением силовой интенсификации
4.3. Деформирование штампосварных конструкций с применением нагрева
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В конструкции современных летательных аппаратов (ЛА) широко применяются тонколистовые панели вафельного типа, изготовленные фрезерованием плит из алюминиевого сплава В95пчТ2. С технологической точки зрения такие панели имеют следующие недостатки:
- подверженность трещинообразованию при их дальнейшем деформировании;
- невозможность сварки плавлением;
- низкий коэффициент использования материала (КИМ).
Повышенные требования к летным характеристикам современной
авиационной техники и необходимость ее эксплуатации в субтропических морских условиях привели к необходимости использования материалов с улучшенным комплексом механических свойств.
Таким материалом являются титановые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью, вязкостью разрушения и сопротивлением усталости, а также имеющие высокую коррозионную стойкость.
Однако титановые сплавы менее технологичны по сравнению со сталями и алюминиевыми сплавами из-за низкой теплопроводности, высокой химической активности и ограниченных возможностей холодного деформирования. Средне- и высоколегированные двухфазные титановые сплавы практически не поддаются холодной штамповке из-за высокого сопротивления металла деформации, интенсивного упрочнения при деформации и склонности к растрескиванию и разрывам. Малолегированные титановые сплавы имеют пластичность при холодной штамповке в 2-3 раза меньшую, чем коррозионностойкие стали. Свойства сварных соединений титановых сплавов ниже, чем у основного деформируемого металла. Кроме того, титановые сплавы склонны к порообразованию при сварке и образованию холодных трещин после сварки. Сопоставление стоимости материалов и технологии изготовления конструкций из титановых сплавов показывает, что экономическая целесообразность применения титановых сплавов в авиационной технике определяется затратами на их производство (рис. 1). В связи с этим актуально совершенствование существующих и разработка новых эффективных технологических процессов штамповки, сварки, термической обработки при изготовлении штампосварных конструкций (ШСК) ЛА из титановых сплавов, позволяющих:

1.5. Выбор и обоснование исследований новых ресурсосберегающих технологических процессов изготовления штампосварных конструкций из титановых сплавов
Процессы формообразования деталей из титановых сплавов при тепловом воздействии в вакууме или атмосфере нейтральных газов с применением керамических матриц широко используются фирмами США: «Боинг», «Северная авиационная компания»; Франции: «Стрескин», «Аэ-роснасъян». Разработанные отечественные керамические штампы, как и иностранные, имеют максимальные габариты 600x500x120 мм с глубиной рельефа 85 мм для объемной и 600x1200 мм для листовой штамповок соответственно. Такая технология штамповки титановых конструкций в отличие от сложившегося заготовительно-штамповочного производства в отрасли требует: создания нового специализированного участка штамповки, участка по изготовлению керамических штампов, приобретения специализированного прессового оборудования, оснащения вакуумным и газоприготовительным оборудованием, кроме того, размеры заготовок ограничены размерами керамических штампов.
Наиболее перспективным направлением является разработка и исследование техпроцессов штамповки, сварки и термообработки с использованием природных свойств титановых сплавов: высокой коррозионной стойкостью обусловленной образованием на поверхности защитной окисной пленки и высокой термической активностью, приводящей к самоочищению при сварке и полиморфное превращение а<-»(3 [4,16,18,38,92,99,106,131].
По данным [15], величина наводороживания титановых сплавов при отжиге в воздушных электрических печах при температуре выше 800°С определяется абсолютной влажностью воздуха, температурой и длительностью отжига. Как видно из данных рис. 1.10, наводороживания не наблюдается при нагреве в просушенном воздухе вплоть до температур 950°С включительно, в воздухе обычной влажности - при нагреве до 900°С, интенсивное наводороживание наблюдается при нагреве в водяном паре уже при температуре 800°С.
Наличие на поверхности титановых сплавов определенной величины газонасыщенного слоя позволяет без снижения пластичности существенно повысить сопротивление усталости, как показано в работах [48] (см. рис. 1.11).