В России создали новый высокопрочный сплав для авиации и автомобилей
Метка:
МИСиС
МИСиС
Ученые Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") создали новые эффективные алюминиевые сплавы для использования в самых разных видах современного транспорта. Данные исследования опубликованы в журнале "Materials Science and Engineering A", сообщает РИА Новости.
Алюминий и его сплавы занимают второе место по масштабам применения после сплавов железа. Алюминий легко обрабатывается ковкой, штамповкой, прокаткой и отличается малой плотностью, изделия из него получаются легкие.
Алюминиевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость, высокую тепло- и электропроводность (передают тепло и электрический ток с минимальными потерями), прочность и пластичность, хорошую технологичность. Их широко используют в авиастроении: например, во многих пассажирских самолетах изделия из алюминия составляют более 20 процентов массы всех конструкций. Алюминиевые сплавы заменяют стальные в деталях автомобилей, что снижает их вес и, как следствие, позволяет экономить топливо.
Традиционная для машиностроения технология производства тонкостенных деталей сложного профиля основана на методах листовой штамповки. Она характеризуется низким коэффициентом использования металла, большим количеством комплектующих единиц и крепежных элементов (сложные детали, полученные штамповкой, состоят из частей, которые нужно соединять клепкой или сваркой).
Эти недостатки устраняет использование листовой сверхпластической формовки (СПФ) — получаются легкие цельные конструкции сложной геометрии.
Исследователи НИТУ "МИСиС" поставили перед собой задачу разработать сплавы алюминия с повышенной прочностью при комнатной температуре, способные к сверхпластической формовке при повышенных скоростях.
"Необходимые компоненты мы расплавляем в печи при температуре около 800 градусов Цельсия и заливаем в специальную форму. Далее слитки отжигаем и прокатываем в листы. На каждом этапе нам важно контролировать их микроструктуру, параметры которой после промежуточных операций определяют структуру конечного листа. Для этого мы используем микроскопы с увеличением до 20 тысяч раз. Затем мы анализируем свойства образцов сплавов, прочность и пластичность при комнатной и при повышенных температурах (400-500 градусов Цельсия) методом растяжения образца до разрыва", — рассказала руководитель исследования, доцент НИТУ "МИСиС" Анастасия Михайловская.
По ее словам, реализация эффекта сверхпластичности при обработке металлов давлением позволяет за одну операцию на оборудовании сравнительно небольшой мощности получать детали сложной формы, очень близкой к конечной. Соответственно, это помогает значительно уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделия. Кроме того, метод позволяет избежать ручной выколотки — доведения изделия до заданной геометрии.
Сегодня существует несколько сверхпластичных сплавов для СПФ, большинство из которых обладает очень низкими скоростями деформации и относительным удлинением около 300 процентов, сообщила соавтор исследования, аспирант НИТУ "МИСиС" Анна Кищик.
"Формование одной детали средней сложности с такой скоростью занимает несколько часов, стоимость технологического процесса — 70-80 процентов стоимости конечного изделия. Соответственно, сокращение времени формовки в несколько раз позволит увеличить объемы производства и снизить стоимость изделия. Мы предлагаем новые сплавы, способные к высокоскоростной СПФ: это сокращает время получения одной детали до 15-20 минут, а возможные степени деформации превышают 400 процентов. Именно такие свойства имеет наш сплав, на 20-30 процентов более прочный, чем аналоги", — рассказала она.
Перед внедрением сплава в производство ученые планируют провести апробацию в условиях производства листов. В ближайшее время исследователи займутся получением международного патента.
Алюминий и его сплавы занимают второе место по масштабам применения после сплавов железа. Алюминий легко обрабатывается ковкой, штамповкой, прокаткой и отличается малой плотностью, изделия из него получаются легкие.
Алюминиевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость, высокую тепло- и электропроводность (передают тепло и электрический ток с минимальными потерями), прочность и пластичность, хорошую технологичность. Их широко используют в авиастроении: например, во многих пассажирских самолетах изделия из алюминия составляют более 20 процентов массы всех конструкций. Алюминиевые сплавы заменяют стальные в деталях автомобилей, что снижает их вес и, как следствие, позволяет экономить топливо.
Традиционная для машиностроения технология производства тонкостенных деталей сложного профиля основана на методах листовой штамповки. Она характеризуется низким коэффициентом использования металла, большим количеством комплектующих единиц и крепежных элементов (сложные детали, полученные штамповкой, состоят из частей, которые нужно соединять клепкой или сваркой).
Эти недостатки устраняет использование листовой сверхпластической формовки (СПФ) — получаются легкие цельные конструкции сложной геометрии.
Исследователи НИТУ "МИСиС" поставили перед собой задачу разработать сплавы алюминия с повышенной прочностью при комнатной температуре, способные к сверхпластической формовке при повышенных скоростях.
"Необходимые компоненты мы расплавляем в печи при температуре около 800 градусов Цельсия и заливаем в специальную форму. Далее слитки отжигаем и прокатываем в листы. На каждом этапе нам важно контролировать их микроструктуру, параметры которой после промежуточных операций определяют структуру конечного листа. Для этого мы используем микроскопы с увеличением до 20 тысяч раз. Затем мы анализируем свойства образцов сплавов, прочность и пластичность при комнатной и при повышенных температурах (400-500 градусов Цельсия) методом растяжения образца до разрыва", — рассказала руководитель исследования, доцент НИТУ "МИСиС" Анастасия Михайловская.
По ее словам, реализация эффекта сверхпластичности при обработке металлов давлением позволяет за одну операцию на оборудовании сравнительно небольшой мощности получать детали сложной формы, очень близкой к конечной. Соответственно, это помогает значительно уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделия. Кроме того, метод позволяет избежать ручной выколотки — доведения изделия до заданной геометрии.
Сегодня существует несколько сверхпластичных сплавов для СПФ, большинство из которых обладает очень низкими скоростями деформации и относительным удлинением около 300 процентов, сообщила соавтор исследования, аспирант НИТУ "МИСиС" Анна Кищик.
"Формование одной детали средней сложности с такой скоростью занимает несколько часов, стоимость технологического процесса — 70-80 процентов стоимости конечного изделия. Соответственно, сокращение времени формовки в несколько раз позволит увеличить объемы производства и снизить стоимость изделия. Мы предлагаем новые сплавы, способные к высокоскоростной СПФ: это сокращает время получения одной детали до 15-20 минут, а возможные степени деформации превышают 400 процентов. Именно такие свойства имеет наш сплав, на 20-30 процентов более прочный, чем аналоги", — рассказала она.
Перед внедрением сплава в производство ученые планируют провести апробацию в условиях производства листов. В ближайшее время исследователи займутся получением международного патента.
