Характерные полуфабрикаты и заготовки из металлов и их сплавов, применяемые для изготовления деталей

В соответствии с технологическими свойствами легкие сплавы и стали подразделяют на деформируемые в холодном состоянии и с подогревом, деформируемые в горячем состоянии и литейные.

Приведем основные материалы, применяемые для изготовления деталей пассажирских самолетов с учетом рекомендаций ведущих ОКБ по ограничению количества марок материалов.

Для изготовления деталей холодным деформированием применяют следующие материалы: алюминиевые сплавы Д16, Д19, АМц, АМг, В95; магниевые сплавы МА8, МА14; титановые сплавы ОТ4-0, ОТ4-1, ВТ14; стали 20, 30ХГСА, 30ХГСНА, Х18Н10Т, 2Х18Н12С4ТЮ, Х15Н9Ю (СН-2).

Алюминиевый сплав Д16 — листы, монолитные панели, прессованные профили, прессованные, холоднотянутые и холоднокатаные трубы в отожженном или закаленном состоянии применяют для изготовления обшивок, обтекателей, деталей каркаса, работающих при температуре до 200 °С.

Сплав Д19 — листы в отожженном или закаленном и естественно-состаренном состоянии применяют для изготовления обшивок, обтекателей, деталей каркаса и других, работающих при температуре до 300 °С.

Сплав АМц — листы, холоднокатаные и холоднотянутые трубы в отожженном и нагартованном состоянии применяют для изготовления деталей баков, бензо- и маслопроводов, подвергающихся сварке. Сплав АМц обладает высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и хорошей свариваемостью.

Сплав АМгб — листы, прессованные профили, холоднокатаные и холоднотянутые трубы в отожженном и нагартованном состоянии применяют для изготовления деталей сварных баков, герметических кабин, каркаса и других деталей. Сплав АМгб обладает высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и хорошей свариваемостью. Прочность сварного шва составляет 90 ... 95 % прочности основного материала.

Высокопрочный сплав В95 — листы, монолитные панели, прессованные профили в отожженном и закаленном и искусственно состаренном состоянии применяют для изготовления основных силовых деталей самолета: лонжеронов, стрингеров, шпангоутов, нервюр, обшивок, монолитных панелей и т. п. Сплав В95 весьма чувствителен к концентраторам напряжений. Поэтому необходима тщательная отработка конструктивных форм с плавными переходами сечений, строгое соблюдение технологического процесса во избежание появления на деталях забоин, царапин, задиров и т. п.

Магниевый сплав МА8 — листы и горячекатаные профили применяют для малонагруженных деталей оболочки и каркаса несложной конфигурации, подвергающихся сварке и работающих при температуре до 200 °С. Сплав МА8 отличается удовлетворительной пластичностью.

Магниевый сплав МА14 (ВМ65-1) — горячекатаные профили применяют для изготовления деталей каркаса и внутреннего оборудования, не подвергающихся сварке. Сплав МА14 обладает хорошей пластичностью.

Титановые сплавы ОТ4-0 (листы) и ОТ4-1 (листы и трубы) применяют для изготовления деталей оболочки, трубопроводов и других подвергающихся сварке деталей, работающих при температуре до 400 °С.

Сплав ВТ14 — листы повышенной прочности — применяют для изготовления силовых, наиболее нагруженных деталей оболочки и каркаса.

Титановые сплавы имеют повышенную склонность к упрочнению в процессе их деформирования и чувствительны к нагрузкам. Требования к шероховатости поверхности и плавным переходам для деталей из титановых сплавов повышены.

Малоуглеродистая сталь С20 — листы и трубы в нормализованном состоянии — применяют для изготовления малонагруженных деталей оболочки каркаса и внутреннего оборудования, подвергающихся сварке. Сталь С20 пластична, хорошо сваривается и обрабатывается резанием.

Сталь 30ХГСА — листы и трубы горяче- и холоднокатаные — применяют для изготовления высоконагруженных деталей, подвергающихся сварке (сварные рамы, фермы, шпангоуты, качалки и т. д.) и работающих при температуре до 500 °С.

Сталь 30ХГСНА (30ХГСНМА) — листы и трубы горяче- и холоднокатаные — применяют для изготовления особо нагруженных деталей, подвергающихся сварке (траверсы, цилиндры и штоки шасси и бустеров), работающих при температуре до 500 °С. К конструированию и технологическим процессам изготовления деталей из стали 30ХГСНА предъявляются повышенные требования, ^так как она особо чувствительна к повторным нагрузкам и концентраторам напряжений.

Коррозионно-стойкая жаростойкая сталь Х18Н10Т — листы и трубы в закаленном состоянии — применяют для изготовления сложных деталей оболочки и каркаса, работающих при температуре до 500 °С. Сталь Х18Н10Т хорошо штампуется в холодном состоянии и сваривается.

Коррозионно-стойкая сталь 2Х18Н12С4ТЮ — листы и ленты в нагартованном и мягком состоянии — применяется для изготовления деталей сварных емкостей и узлов, работающих в агрессивных средах. В мягком состоянии пластичность стали 2Х18П12С4ТЮ высокая, свариваемость хорошая.

Хромоникельалюминиевая сталь Х15Н9Ю (СН-2) — листы холоднокатаные и трубы в нормализованном состоянии — применяют для изготовления обшивок, носков и законцовок крыльев, деталей каркаса, ферм, работающих при температурах до 450 °С, а также для деталей, работающих в контакте с атмосферой и топливом. Коррозионно-стойкие высокопрочные жаростойкие стали типа СН обладают высокой пластичностью в нормализованном состоянии, высокой прочностью после нагартовки и старения, высокой теплостойкостью, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. Обшивки, работающие при температурах до 450 °С, изготовляют из нагартованной стали Х15Н9Ю. Стрингеры и гофрированные обшивки изготовляют из полунагартованной стали и подвергают старению только после формообразования. Детали, для формообразования которых требуется высокая пластичность, изготовляют из мягкой нормализованной стали X15Н9Ю и затем обрабатывают холодом при температурах от — 60 до 70°С с последующим старением при 480 ... 500 °С.

Основными материалами для изготовления деталей самолетов из горячештампованных заготовок являются: конструкционные стали 25, 45, 30ХГСА, 30ХГСНА; коррозионно-стойкие стали Х18Н9Т, Х16Н6 (СН-2А), 14Х17Н2; алюминиевые сплавы АК4-1, АК6Т1, В93Т1; магниевые сплавы МА14 (ВМ65-1), МА2-1; титановые сплавы ВТ6С, ВТ16, ВТ22.

Горячештампованные заготовки по сравнению с литыми имеют наиболее высокие механические свойства и поэтому широко используются для изготовления высоконагруженных деталей.

При выборе материала для изготовления деталей из горячештампованных заготовок учитывают способность материала к пластическому деформированию и его обрабатываемость резанием. При этом предпочтение отдают материалу, который обеспечивает наиболее простой технологический процесс и высокие стабильные физико-механические свойства детали.

Основные требования к деталям, изготовляемым из горячештампованных заготовок, состоят в выборе наиболее простой геометрической формы, в обеспечении плавных переходов от одного сечения к другому и в соблюдении рекомендуемых соотношений между отдельными конструкционными элементами детали.

Горячештампованные заготовки из конструкционных сталей применяют для изготовления деталей каркаса и механизмов как небольших, так и значительных габаритных размеров; из коррозионно-стойких сталей — для изготовления деталей арматуры, работающих в агрессивных средах, и деталей каркаса, работающих при температурах 300... 400 °С; из алюминиевых и магниевых сплавов — для изготовления деталей арматуры, деталей каркаса, а также крупногабаритных монолитных панелей крыла и фюзеляжа; из титановых сплавов — для изготовления деталей различных емкостей и деталей каркаса самолета, работающих при высоких температурах.

На самолетостроительных предприятиях изготовляют горячештампованные заготовки относительно небольших размеров. Это объясняется тем, что большинство серийных самолетостроительных предприятий располагает кузнечно-нрессовым оборудованием небольшой мощности. Получение крупногабаритных штамповок сложной формы ограничено мощностью кузнечно-прессового оборудования. Так, например, для получения горячештампованных заготовок из сталей требуются усилия порядка 1000 МПа (100 000 тс/м²), а из алюминиевых сплавов порядка 300 МПа (30000 тс/м²).

Поэтому крупногабаритные горячештампованные заготовки изготовляют на специализированных предприятиях, располагающих уникальным оборудованием большой мощности: молотами с массой падающих частей более 25 т, горизонтально-ковочными машинами, создающими усилия до 30 МН (300 тс), и гидравлическими прессами, создающими усилия до 700 МН (70000 тс).

Основными литейными материалами для изготовления деталей самолетов являются: алюминиевые сплавы АЛ9, АЛ 19, ВАЛ-1; магниевые сплавы МЛ5, МЛ8 (МЛ 12-1); титановые сплавы ВТ5Л, ВТ21Л; стали 35ХГСЛ, ВНЛ-3.

При выборе материалов для изготовления деталей из литых заготовок учитывают литейные свойства материала, его обрабатываемость резанием и свариваемость. Отливки применяют во всех случаях, когда детали из литых заготовок удовлетворяют расчетным нагрузкам и условиям эксплуатации. Это объясняется резким снижением себестоимости изготовления деталей. Например, себестоимость изготовления монолитной панели из литой заготовки в 2 раза ниже себестоимости такой же панели, изготовленной из плиты механической обработкой или сборкой — клепкой из листового материала и прессованных профилей.

Из литых заготовок изготовляют в основном детали каркаса самолета и в относительно небольшом количестве — крупногабаритные панели и корпусные детали.

На серийных предприятиях авиационной промышленности применяются следующие способы литья: в песчаные формы, в кокиль, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, под давлением, выжиманием, под низким давлением и направленно-последовательной кристаллизации.

Для каждого конкретного случая способ литья выбирают в зависимости от объема производства, габаритных размеров детали, сложности ее конфигурации и требований, предъявляемых к детали. При этом учитывают затраты на изготовление оснастки, которые должны быть экономически оправданы.

Значительное количество деталей изготовляют непосредственно из полуфабрикатов резанием и другими процессами удаления излишнего материала.

Основными наиболее распространенными полуфабрикатами для изготовления деталей удалением излишнего материала являются: прутки круглой, квадратной и шестигранной формы в сечении, прессованные из алюминиевых сплавов АМг6, Д16, АК6Т, из магниевых сплавов МА2-1, МА14 (ВМ65-1); горячекатаные и кованные из титановых сплавов ОТЧ, ВТЗ-1, ВТ22; горячекатаные, холоднотянутые и калиброванные из сталей 10, 25, 45, 30ХГСА (30ХГСНМА), 40ХНМА (40ХНВА); трубы прессованные, холоднокатаные и холоднотянутые из алюминиевых сплавов АМг2, АМг6, АМц, Д16 и горячекатаные из сталей 20, 30ХГСА, 30ХГСНА, Х18Н10Т; профили, прессованные из алюминиевых сплавов АМг6, Д16, В95Т-1, АД31, горячепрессованные из магниевого сплава МА14 и горячекатаные из стали 30ХГСА; плиты прессованные из алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16 и полосы горячекатаные из сталей 25, 45, 30ХГСА.

Прутки прессованные и горячекатаные имеют низкую точность размеров в сечении и применяются для изготовления деталей из штучных заготовок. Холоднотянутые и калиброванные прутки изготовляют по 5-му классу точности в сечении и применяют для изготовления деталей из прутка на револьверных станках и токарных автоматах.

Трубы холоднотянутые по сравнению с горячекатаными и прессованными имеют наиболее высокие механические свойства, точность размеров и чистоту поверхности. Трубы применяют для изготовления полых деталей, имеющих форму тел вращения, что позволяет экономить металл, сокращать трудоемкость обработки и получать детали с высокими механическими свойствами.

Профили применяют для изготовления деталей каркаса. Профили горячекатаные дешевле в изготовлении. Однако формы их сечений ограничены возможностями процесса прокатки. Прессованные профили могут быть весьма сложной формы в сечении, но простой конфигурации с переменными размерами в сечениях по длине.

Плиты прессованные (профилированные) из алюминиевых сплавов применяют для изготовления монолитных панелей, а горячекатаные стальные полосы — для изготовления плоских деталей каркаса.