Алюминиево-литиевые сплавы и сплавы с криоупрочнением

Автор Salo, 20.05.2007 17:29:13

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Salo

Главным пропагандистом алюминиево-литиевых сплавов и сплавов с криоупрочнением на нашем форуме является Дмитрий В. Это и понятно. Дмитрий работал в РКК Энергия во время создания Энергии-Бурана, а как известно Блок Ц изготавливали из сплава 1201.
Цитирую Дмитрия на форуме:
Цитироватьпредставляется целесообразным постепенный переход к алюминий-литиевым сплавам 01420 и 01460. Первый из этих сплавов давно освоен и широко применяется при производстве МиГ-29. При той же прочности, что у Д16. его плотность составляет всего 2,5 т/кубометр, модуль упругости несколько выше, а свариваемость и коррозионная стойкость существенно лучше, чем у Д16. Применение этого сплава в сухих отсеках позволяет перейти к сварным соединениям, что обеспечит, кроме прочего, снижение массы крепежных элементов (а она может достигать в среднем 6-7% от массы силовой конструкции). В целом, применение сплавов 01420/01460 позволит снизить массу конструкции на 12-15%.
Эта тема обсуждалась в разных топиках:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=79504&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#79504
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=170365&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#170365
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2158&postdays=0&postorder=asc&highlight=%E0%EB%FE%EC%EE%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9&start=615
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=169856&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#169856
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=165359&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#165359
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=146146&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#146146
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=136765&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#136765
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2221&postdays=0&postorder=asc&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460&start=330
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=89124&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#89124
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=84199&highlight=%EB%E8%F2%E8%E5%E2%FB%E9+01460#84199

Попробовал по совету Дмитрия посидеть в Интернете и поискать ссылки по алюминий-литиевым сплавам   01420-01424 (Al-Mg-Li, Al-Mg-Li-Ыс), а также криоупрочняемымсплавам 01460 (Al-Cu-Li) и 01201 (Al-Cu-Mn). Были созданы в ВИАМе под руководством академика И.Н. Фридляндера.
Нашёл ссылку на книгу «Воспоминания о создании авиакосмической и атомной техники из алюминиевых сплавов»
http://www.morkniga.ru/centrmag/book22141.html
 
В содержании несколько интересных глав:

Первый в мире промышленный сверхлегкий алюминиево-литиевый сплав 1420. Из него изготовлены сотни самолетов вертикального взлета Як38 и первый в мире сварной самолет МиГ29

Подводные ядерные ракеты КБ академика В.П. Макеева из Al-Li сплава 1421

Самая мощная ракета-носитель "Энергия" из криогенного алюминиевого сплава 1201. Ожесточенные споры вокруг 1201.

Тесное сотрудничество с мощной европейской авиационной фирмой Эрбас. Сложности с алюминиево-литиевыми сплавами

Баки жидкого кислорода, изготовленные на "Энергии" из Al-Li сплавов ВИАМ для американских ракет

1992-2003 гг. Российские алюминиевые сплавы завоевывают Боинг и американскую
 НАСА

Кто-нибудь читал книгу или имеет информацию по этому поводу. :D
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

Ешё одна статья Фридляндера //www.mio.msiu.ru/pdf/2004-n1/Gyrnal_2004-n1-4.pdf

А это уже ингформация в НК №4 за 1995 год отсюда http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/nk/1995/24/24-1995-2.html

ЦитироватьРоссия-США. Бак для DC-XA доставлен в США


27 ноября. PRNewswire. Алюминиево-литиевый бак жидкого кислорода, предназначенный для установки на экспериментальном многоразовом аппарате DC-XA, доставлен на прошлой неделе на завод McDonnell Douglas Aerospace в Хантингтон-Бич, Калифорния.

Работа была выполнена в соответствии с контрактом, выданном Институту механики РАН, возглавляемому академиком К.В.Фроловым. Бак диаметром 2.4 м и массой 630 кг из сплава 1460 разработан, изготовлен и испытан РКК Энергия. Алюминиево-литиевый сплав был изготовлен на металлургическом заводе в г.Каменск-Уральский. В работе участвовал также Центральный институт авиационных материалов.

Благодаря использованию алюминиево-литиевого сплава бак весит на 20% меньше, чем если бы при той же конструкции использовался алюминиевый сплав. Как утверждает директор программы DC-XA на McDonnell Douglas Дейв Швейкле (Dave Schweikle), бак будет работать при температурах от -183 до +38С.

Во время летных испытаний DC-XA в 1996г. на полигоне Уайт-Сэндз бак будет содержать переохлажденный жидкий кислород. Демонстрация этой технологии является ключевым пунктом в приближении многоразовых носителей по своим характеристикам к одноступенчатым. Менеджером программы DC-XA является Дэн Думбакер (Dan Dumbacher) из Центра космических полетов имени Маршалла (MSFC).

Бак жидкого водорода из графитно-эпоксидного композиционного вещества в настоящее время проходит механические и термические испытания в MSFC. Он также будет установлен на DC-XA вместо алюминиевого бака DC-X. Межбаковый переходник, также из композиционного материала, завершает конструкцию DC-XA.

А вот сайт производителя алюмо-литиевых сплавов Каменск-Уральского металлургического завода:
http://www.kumz.ru/produkcii/katalog/pg1/rz8/

В книге Гудилина об использовании 01460 на РБ "Ястреб" (заглохло):
http://www.buran.ru/htm/gud%2033.htm
ЦитироватьРазгонный блок "Ястреб" разрабатывался с использованием новых технических решений по конструкции, двигательной установке, бортовому оборудованию, агрегатам и системам, при которых увеличение массово-энергетической эффективности происходит не только за счёт большой удельной тяги двигателя, но и за счёт комплексной оптимизации параметров бортовых систем, конструкции и агрегатов блока.
     С этой целью в маршевом двигателе предполагалось использовать: тарельчатое сопло, позволяющее при малых габаритах обеспечивать высокую степень расширения сопла, высокий удельный импульс двигателя (до 475 с) и его малую массу; безгазогенераторную схему ДУ с работой без избыточного давления на входе над давлением насыщенных паров компонентов топлива, с большими пределами регулирования тяги и с возможностью работы на пониженном режиме с отключением ТНА при баковых давлениях компонентов топлива; отбор компонентов топлива для двигателей малой тяги системы ориентации и стабилизации из общих баков маршевого двигателя.
     Для обеспечения надёжности предусматривалась отработка двигателя на тягу 4,5 тс, при его эксплуатации на номинальном режиме с тягой 4 тс, система контроля и диагностики состояния ДУ, по сигналам которой при выходе параметров за допустимые пределы двигатель должен был переходить на пониженный, щадящий режим.
     Конструктивно-компоновочная схема блока с несущими топливными баками, исключающая "лишние" конструктивные элементы, с учетом использования новых конструкционных материалов (алюминиево-литиевых сплавов типа 01460 для баков, композиционных материалов для ферменных конструкций и др.) обеспечивала достижение высоких показателей конструктивного совершенства блока.
     Как и на РБ Н12РА, на РБ "Ястреб" предусматривалось использование усовершенствованной бортовой системы управления разработки НПО "Автоматика", системы электропитания на базе литиевых и никель-кадмиевых батарей, системы телеизмерений нового поколения "Орбита-РБ", радиотехнической системы "Квант-РБ" и жидкостной системы поддержания теплового режима, имеющей активные и пассивные средства.
     По результатам проработок использование кислородно-водородного РБ "Ястреб" при выведении КА на целевые орбиты обеспечивало увеличение массовых характеристик по сравнению с кислородно-углеводородными РБ на 40-60%.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

А вот здесь статья оппонентов литиевых сплавов:
http://www.mio.msiu.ru/pdf/2005-n1/05.pdf

Заключение:
ЦитироватьДля объективной оценки сплавов необходимо помнить о жестких требованиях техники безопасности при работе с литиевыми сплавами. Кроме того, цена полуфабрикатов из алюминиевых сплавов с литием в 3-6 раз больше, чем для большинства стандартных сплавов без лития.
С учетом отмеченного, широкое применение сплавов с литием в серийном производстве не всегда оправдано. Возможно только узкое применение в изделиях разового действия сплавов типа 01460 для работы конструкций при минусовых температурах (-196 и -253 °С).


Выводы
1. Применение алюминиевых сплавов с литием в ответственных сварных конструкциях требует строгой регламентации: способа выплавки слитков (только вакуумно-индукционная плавка с вакуумным миксером и разливкой в среде инертных газов); размеров зерен и толщины интерметаллоидных прослоек; направления волокна в зоне сварных стыков.
2. По всем показателям свариваемости сплавы с литием значительно уступают стандартным сплавам типа АМг6, 01545К, 01570, 01570С.
3. Прочностные и особенно пластические свойства сварных соединений из сплавов систем Аl-Мg-Li и Аl-Сu-Li заметно уступают свариваемым алюминиевым сплавам без лития во всем диапазоне применяемых температур эксплуатации (от -253 °С до + 400 °С).
4. По показателям массовой эффективности сплавы системы Аl-Мg-Li находятся на уровне стандартных алюминиевых сплавов без лития, а сплавы системы Аl-Сu-Li заметно превосходят все известные деформируемые алюминиевые сплавы, особенно при отрицательных температурах.
5. Все сплавы системы Аl-Мg-Li не имеют заметных преимуществ по комплексу механических свойств и технологическим характеристикам по сравнению со стандартными свариваемыми алюминиевыми сплавами типа 01545К, 01570 и01570С.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

Согласно книге Гудилина (http://www.buran.ru/htm/gud%2033.htm сплав 01570 системы Al-Mg-Sc планировалось использовать в РБ Фрегат
ЦитироватьВ дальнейшем НПО им. С.А.Лавочкина планируется провести следующие мероприятия по улучшению характеристик РБ "Фрегат":
     - введение в маршевую ДУ бустеров для снижения давления наддува в баках;
     - применение более эффективных конструкционных материалов (алюминиевого сплава 01570 вместо АМГ-6);
     - повышение удельного импульса тяги маршевой ДУ с 327 с до 350 с за счёт введения насадка ДУ;
     - снижение массы бортовых систем (замена системы "Квант-ВД" на систему "Регул");
     - переход на использование бесплатформенной системы управления с БЦВМ разработки НПО АП.
     Вышеперечисленные мероприятия, по оценке разработчика, позволят повысить массу выводимого полезного груза на 250-300 кг.

Сплав 1201 системы Al-Cu-MN используется ГКНПЦ им.Хруничева
http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/2004/ALLOYS.HTM

ЦитироватьГлавный металлург Государственного космического центра им. М.В. Хруничева (ракетно-космический завод) А.Л. Соловьев: Более сорока лет в качестве конструкционного материала мы применяем в основном алюминий-магниевый сплав АМгб, а в последнее время - сплав 1201. Главное преимущество алюминий-литиевых сплавов перед сплавами типа АМгб и 1201 - высокая удельная прочность, поэтому алюминий-литиевые сплавы мы планируем использовать в перспективных разработках наших космических аппаратов и ракет-носителях.
Особо хочу обратить внимание на то, что литий - щелочной металл, значит, для промышленного внедрения алюминий-литиевых сплавов необходимо разработать комплекс мер по охране труда и окружающей среды. Кроме того, нужно создать базу, которая могла бы обеспечить производственников этими сплавами в небольших количествах, так как производство ракет и космических аппаратов - не серийное, а единичное, и потребности нашего предприятия в таких сплавах ограничены. При небольших потребностях, естественно, возрастает и цена самих сплавов. Это очень острый вопрос.

Мы уже давно сотрудничаем с ВИАМом, давно работаем с Иосифом Наумовичем Фридляндером. Хочу выразить ему благодарность за разработку новых алюминиевых сплавов

Здесь данные по новым сплавам1245 и 01545К: http://www.advtech.ru/kompozet/metal.php?p=9
ЦитироватьТермически упрочняемый 1245 (Al-Cu-Li):
Плотность - 2,75 г/см3;
Предел прочности - 550 МПа;
Модуль упругости - 78 ГПа;
Относительное удлинение - 6%;
Коэффициент прочности сварных соединений - 0,6.

Термически неупрочняемый 01545К (Al-Mg-Sc):
Плотность - 2,65 г/см3;
Предел прочности - 390 МПа;
Модуль упругости - 71 ГПа;
Коэффициент прочности сварных соединений - 0,9.

    Назначение

Нагруженные сварные и клепаные конструкции для эксплуатации в интервале температур от -253 град.С до +150 град.С. Обеспечивают снижение массы конструкции на 15-30%.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"


Salo

Спасибо! :D

А вот ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ ОТ 29 ЯНВАРЯ 2007 Г. N 54
"О ФЕДЕРАЛЬНОЙ ЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММЕ "НАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА" НА 2007 - 2011 ГОДЫ"
 (тут http://www.garant.ru/prime/show.php?pid=90626&make=print&mv=1)
 и способы борьбы с проблемами при сварке литиевых сплавов:
Цитироватьсоздание технологий и оборудования для лазерной обработки, сварки трением интегральных конструкций, лазерного послойного синтеза деталей из металлических порошков, нанесения многофункциональных покрытий, в том числе специализированного оборудования и технологий сварки с использованием энергии трения интегральных конструкций летательных аппаратов, двигателей из алюминий-литиевых и титановых сплавов для авиации, морской техники, атомных и тепловых электростанций производительностью, превышающей в 5 - 10 раз современный уровень (ресурс изделий сложной техники будет повышен в 3 - 5 раз); разработка научно-технической, технологической и конструкторской документации на новые технологии сварки интегральных конструкций летательных аппаратов из высокопрочных алюминиевых сплавов;

там же
Цитироватьсварка плавлением высокопрочных алюминиевых, алюминийлитиевых и магниевых сплавов...для снижения веса на 15 - 20 процентов и трудоемкости на 30 процентов;

и далее
Цитироватьсоздание специализированного оборудования и технологии сварки с использованием энергии трения интегральных конструкций летательных аппаратов и двигателей из алюминийлитиевых и титановых сплавов, обеспечивающих сокращение цикла изготовления изделий в 5 - 10 раз, повышение ресурса изделий в 3 - 5 раз; создание опытно-промышленной установки сварки линейным трением в 2010 - 2011 годах, лазерного сварочного технологического оборудования для изготовления крупногабаритных изделий из интегральных конструкций, в том числе интегральных конструкций летательных аппаратов из высокопрочных алюминиевых сплавов; создание технологий и специализированного оборудования для нанесения самосмазывающихся покрытий на инструменты и детали машин (увеличение поверхностной прочности инструментов и деталей машин в 3 - 5 раз, снижение коэффициента контактного трения в 2 - 3 раза); выпуск опытно-промышленной серии оборудования - 2010 - 2011 годы
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

mescalito

Salo отличная подборка!

А вы работаете в сфере материаловедения или просто энтузиаст?

Не могли бы вы сделать такой же обзор по жаропрочным сплавам российского производства, если есть конечно информация под рукой.
Информация должна быть доступна!

Salo

Даже близко не стоял. Единственные материалы в которых я являюсь специалистом по роду работы это природный камень (гранимт, мрамор, песчаник, травертин, оникс). По ним могу дать подробную информацию как менеджер по продажам. :D

Данную подборку сделал посидев два дня в интернете. Единственно нужно не гуглить, а яндексить. В Яндексе и Рамблере российских источников больше.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

Обзор не будет полным без сайта ВИАМа (здесь кстати данные по жаропрочным сплавам) http://www.viam.ru/production.php
Здесь справочник по сплавам http://www.naukaspb.ru/spravochniki/Demo%20Metall/3_16.htm
Перечень работ по сплавам
http://www.mashin.ru/jurnal/autorart.php?id=13&autid=00471
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

ВИАМу исполнилось 75 лет.  :D
В связи с этим в Журнале "Наука и жизнь" №6 за 2007 год серия статей руководителей и сотрудников ВИАМа  разработках. По космической тематике почти ничего нет (только о ТЗП Бурана). Есть грустная информация о заводах в Самаре и Белой Калитве, которые проданы ALCOA и теперь катают фольгу для пивных банок, вместо выполнения контракта по поставкам изделий для Эрбаса. Там же о том ,что СССР занимал третье место в мире по производству углеродного волокна. Но в "смутные годы" установку из Самары продали в Венгрию. :cry:
Фридляндер ранее описывал такую же грустную историю с прокатным станом. :(
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Salo

Кстати у МИГ-29 начались проблемы с коррозией:
http://www.militaryparitet.com/teletype/data/ic_teletype/4591/
Правда в случае с ракетной техникой этот фактор большого значения не имеет.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Дмитрий В.

ЦитироватьКстати у МИГ-29 начались проблемы с коррозией:
http://www.militaryparitet.com/teletype/data/ic_teletype/4591/
Правда в случае с ракетной техникой этот фактор большого значения не имеет.

Кстати, в конструкции килей МиГ-29 точно используются Al-Li-сплавы?
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

freinir

Цитировать
ЦитироватьКстати у МИГ-29 начались проблемы с коррозией:
http://www.militaryparitet.com/teletype/data/ic_teletype/4591/
Правда в случае с ракетной техникой этот фактор большого значения не имеет.

Кстати, в конструкции килей МиГ-29 точно используются Al-Li-сплавы?

Он вроде как ещё и сварной

ОАЯ

Шаг в сторону. Потом вернетесь. Маленький вопросик: Объясните на пальцах как работает   "...безгазогенераторную схему ДУ с работой без избыточного давления на входе над давлением насыщенных паров компонентов топлива..."? Спасибо.

октоген

Господа! Не путайте клепаный серийный МиГ-29 со сварным эксперисментальным планером от которого в серию( МиГ-29М и дальнейшие буковки, кроме СМТ) пошла/пойдет ,вроде, только сварная носовая часть. Сварной Миговский планер  из 01420 весил на 29% меньше клепаного серийного.


Кто бы расписал: гладкие баки аз ал.-литиевых заменят  " вафлю" из стандартных сплавов?

Дмитрий В.

ЦитироватьГоспода! Не путайте клепаный серийный МиГ-29 со сварным эксперисментальным планером от которого в серию( МиГ-29М и дальнейшие буковки, кроме СМТ) пошла/пойдет ,вроде, только сварная носовая часть. Сварной Миговский планер  из 01420 весил на 29% меньше клепаного серийного.


Кто бы расписал: гладкие баки аз ал.-литиевых заменят  " вафлю" из стандартных сплавов?

При работе на сжатие (разрушение - общая или местная потеря устойчивости обечайки), с точки зрения минимальной массы, значение имеет отношение модуля упругости к плотности материала, а также условный предел текучести. Выигрыш в массе от применения  ал.-литиевых сплавов будет, если у них будут существенно выше указанные параметры. Пока что существенный выигрыш от алюминий-литиевых материалов может быть пролучен при работе оболочек на растяжение, т.е. при замене одной гладкой оболочки на другую гладкую :D
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

freinir

Цитировать
ЦитироватьГоспода! Не путайте клепаный серийный МиГ-29 со сварным эксперисментальным планером от которого в серию( МиГ-29М и дальнейшие буковки, кроме СМТ) пошла/пойдет ,вроде, только сварная носовая часть. Сварной Миговский планер  из 01420 весил на 29% меньше клепаного серийного.


Кто бы расписал: гладкие баки аз ал.-литиевых заменят  " вафлю" из стандартных сплавов?

При работе на сжатие (разрушение - общая или местная потеря устойчивости обечайки), с точки зрения минимальной массы, значение имеет отношение модуля упругости к плотности материала, а также условный предел текучести. Выигрыш в массе от применения  ал.-литиевых сплавов будет, если у них будут существенно выше указанные параметры. Пока что существенный выигрыш от алюминий-литиевых материалов может быть пролучен при работе оболочек на растяжение, т.е. при замене одной гладкой оболочки на другую гладкую :D

Ну Al-li какраз малой плотностью и большим модулем  характеризуется, тоесть какраз на сжатие тоже дают выигрыш, но при этом конечно же гладкая обечайка будет хуже вафельной....

Дмитрий В.

Цитировать... но при этом конечно же гладкая обечайка будет хуже вафельной....

Тут многое зависит от уровня сжимающих усилий. Если он невелик (критические напряжения гладкой оболочки превышают эксплуатационные сжимающие), то гладкая может оказаться и лучше.
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

freinir

Цитировать
Цитировать... но при этом конечно же гладкая обечайка будет хуже вафельной....

Тут многое зависит от уровня сжимающих усилий. Если он невелик (критические напряжения гладкой оболочки превышают эксплуатационные сжимающие), то гладкая может оказаться и лучше.

Это понятно, если вафля уже была, то её замена на гладкую без потери прочностных и эксплуатационных характеристик приведёт к утяжелению.