Глава 3

МАТЕРИАЛЫ И ПОЛУФАБРИКАТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КАРКАСА И ОБШИВКИ САМОЛЕТОВ

К материалам, применяемым для изготовления деталей кар­каса и обшивки самолетов, предъявляются высокие требования конструктивного характера, а именно: высокая прочность, уста­лостная прочность, жесткость, вибропрочность, термостойкость, коррозионная стойкость, малый удельный вес. Эти конструктив­ные качества выявляются в процессе механических, статических и других испытаний на специальных стендах.

Одновременно к материалам, применяемым для изготовле­ния деталей самолета, предъявляются и технологические требо­вания: хорошая пластичность для деформируемых материалов, хорошая жидкотекучесть для литейных материалов, а также об­рабатываемость резанием и свариваемость материалов.

Технологические свойства определяются технологическими испытаниями в виде проб на пластичность, сплющивание, и раз­вальцовку, жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость резанием и другие виды формообразования и сборки. Техноло­гические свойства материалов определяют успешное получение самолетных деталей сложной формы, определяемой аэродина­мическими обводами. Номенклатура технологических испытания устанавливается отделом главного технолога завода.

Так как улучшение конструктивных свойств материалов неиз­бежно ухудшает их технологические свойства, применяют специ­альные приемы формообразования в виде штамповки с предва­рительным нагревом, штамповки с применением высоких скоро­стей, давлений и энергий. Это создает возможность изготовле­ния деталей из высокопрочных и термостойких материалов, со­храняющих конструктивные свойства в условиях аэродинамиче­ского нагрева.

В самолетах применяются разнообразные металлические ма­териалы и металлоиды. Учащиеся техникумов изучают их в кур­се «Авиационные материалы». Выбор материалов по конструк­тивным свойствам для самолетных деталей определяется в ос­новном удельной прочностью, под которой понимается отноше­ние предела прочности к удельному весу. Сравнение материалов по данному показателю выявляет оптимальный материал, ре­шающий проблему скорости, высотности и дальности полета самолета.

78-

Для современных, -самолетов хорошо зарекомендовали себя легкие и относительно прочные материалы: алюминиевые, маг­ниевые, титановые, никелевые сплавы, а также специальные стали, армированные пластики и керамика.

Материалы поставляются на самолетостроительные заводы в виде полуфабрикатов: листов, профилей, труб, прутков, ли­тейных чушек и композиционных материалов в виде порошков пластмасс, керамики и металлокерамики.

Обшивочные детали и детали каркаса агрегатов планера для самолетов, летающих на скоростях полета, отвечающих аэро­динамическому нагреву — не выше 200—250° С, изготовляются из алюминиевых сплавов Д16, АМц, АМгб, В95, ВАД-23, BAJ1-5, АБМ-1, АБМ-2, АК4-1.

Для скоростей полета самолетов до М=2 хорошо зареко­мендовали себя алюминиевые сплавы, спекаемые из порошков, имеющих в составе окись алюминия А1₂0₃ до 6—9%.

Сплавы САП-1, САП-2, САП-3 поставляются в листах и прессованных полуфабрикатах и применяются для деталей и уз­лов, работающих длительно при повышенных температурах. Эти сплавы деформируются ограниченно и предусматриваются для деталей, заготовки которых не подвергаются большим дефор­мациям.

Магниевые сплавы МА1Ч-МА8, МЛ5, МЛ7, МЛ9, МЛ 10, МЛ-11 и др. широко применяются в самолетостроении благода­ря малой плотности и сравнительно высокой прочности.

Введение в магниевые сплавы специальных легирующих до­бавок делает их пригодными для самолетных деталей, работаю­щих при температурах 200—250° С и кратковременно при темпе­ратуре до 350° С. Недостатком магниевых сплавов является по­ниженная коррозионная стойкость и необходимость предварительного подогрева до температуры 240—270° С перед пластическим деформированием формообразования деталей.

У скоростных самолетов детали, подвергающиеся нагреву, изготовляются из титана и титановых сплавов ВТ1, ВТЗ-1, ВТ6-С, ВТ8, ВТ9, ВТ10, ВТ14, ВТ 15, ВТ16, ОТ4, ОТ4-1 и др.

Титановые сплавы применяются для изготовления каркасных и обшивочных деталей самолетов при скорости полета, отвеча­ющей аэродинамическому нагреву до температуры 500° С.

Легирование сплавов титана алюминием, хромом, молибде­ном, марганцем и железом повышает их прочность и сообщает высокую свариваемость. Детали из титановых сплавов изготов­ляются штамповкой с предварительным подогревом до темпе­ратуры 350—500° С, а иногда и до 700° С. При технологическом нагреве выше 400° С в обычных условиях эти сплавы теряют пластичность и ударную вязкость. Это вызывает необходимость нх нагрева в вакууме или в среде нейтральных газов перед фор­мообразованием детали. При формообразовании деталей из ли­-

80-

стовых титановых сплавов холодной штамповкой применяются высокие энергии и скорости, например, взрыв.

Высокопрочные легированные стали применяются для нагру­женных силовых деталей самолетов. Хорошо зарекомендовали себя стали 25ХМА, ЗОХМА, 25ХГСА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА и мно­гие другие. Эти стали поставляются в листах, полосах и прут­ках. Детали и заготовки из этих сталей изготовляют обработкой резанием, горячей и холодной штамповкой.

Жаропрочные стали аустенитного класса 1Х18Н9Т, ЭИ654, 1Х18Н10Т, Х18Н9Т и другие, подобные им, обладают антикор­розионными свойствами и применяются для трубопроводов и деталей, работающих в условиях агрессивных сред.

Для самолетов, летающих с гиперзвуковыми скоростями по­лета, аэродинамический нагрев деталей превышает 700° С. Для изготовления деталей, работающих в таких условиях, применя­ются специальные стали переходного аустенитно-мартенситного класса типа СН и ВНС.

Стали СН-2 (Х15Н910), СНЗ, СН4, ВНС2, ВНС5 и другие подобные в результате сложной термической обработки полу­чают прочность <хв=150 кг/мм². Термообработка этих сталей за­ключается в нормализации при температуре 975—1050° С, обра­ботке холодом при температуре минус 70° С и отпуске при тем­пературе 400—450° С. Эти стали поставляются в виде листов, профилей и труб.

Для деталей из листовых аустенитно-мартенситных сталей формообразование производится с использованием высоких ско­ростей и энергий или с предварительным подогревом заготовок.

Для изготовления трехслойных самолетных конструкций с заполнителями в виде сот и пенопластов для рулей, элеронов, закрылков, панелей и отсеков крыла, стабилизатора, фюзеля­жа, перегородок, полов, деталей остекления, радиопрозрачных обтекателей локационных антенн, термоизоляции, декоративной отделки широко применяются пластмассы.

Дальнейшим развитием применения пластмасс явилось при­менение в самолетостроении армированных пластмасс, для ар­мирования которых используются разнообразные органические, металлические, асбестовые, стеклянные, кварцевые, угольные, кремнеземные, керамические и другие материалы. Они исполь­зуются для конструкций, испытывающих высокие температур­ные нагрузки.

Для сложных по форме крупногабаритных конструкций при выклейке используют клеи на основе полиэфирных, эпоксидных и других смол. Армированный пластик анизотропен, поэтому необходимо выбирать оптимальное направление укладки арми­рующего материала по отношению к нагрузке, действующей на конструкцию.

При дальнейшем возрастании скорости полета самолета и аэродинамического нагрева деталей перспективным является

81-

применение керамичееких материалов. Они могут длительное время работать в окислительной среде воздуха при температуре выше 1000° С. При такой температуре применяют чистые окис­лы алюминия, циркония, бериллия, магния, гафния, титана и тория. Окислы А₂0₃, BeO, Zr0₂, Ti0₂ могут работать длительное время в интервале температур 1700—2600° С. Для аналогичных условий работы перспективны и бескислородные соединения ме­таллов: карбиды, бориды, нитриды и некоторые другие.

В самолетостроении наметились два направления применения керамических материалов:

1. непосредственное изготовление деталей из керамики соот­ветствующей удельной прочности и жаростойкости, для чего перспективны окислы, перерабатываемые методами керамиче­ской технологии;

2. для защиты от окисления и термохимических процессов тугоплавких металлов деталей путем нанесения на их поверх­ность покрытия на основе окисной керамики, для чего приме­няются разнообразные технологические процессы.