Архив журнала

Авиационные материалы и технологии №2, 2018

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-3-8

УДК: 669.018.44

Страницы: 3-8

Н.Н. Трофименко1, И.Ю. Ефимочкин1, А.Н. Большакова1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ

Анализ работ по высокоэнтропийным сплавам (ВЭС) показал, что исследования в данной области знаний представляют широкий интерес и являются перспективным направлением для материаловедения будущего. В отличие от обычных сплавов ВЭС состоит из пяти и более элементов, взятых в эквиатомных или эквимолярных концентрациях. Такая компоновка позволяет получать сплавы с высокой энтропией смешения, понижающей образование интерметаллических фаз и способствующей образованию стабильного однофазного раствора замещения с ОЦК- или ГЦК-структурой. Композиции сплавов с высокой энтропией смешения получают методом вакуумно-дугового плавления и механическим легированием. Для создания жаропрочных сплавов из тугоплавких элементов практически значимыми представляются методы порошковой металлургии. Существует большое количество возможных комбинаций составов ВЭС, поэтому огромное значение имеет разработка стратегий получения подходящих композиций, отвечающих требованиям как академических исследований, так и промышленного применения. В статье акцентировано внимание на четырех эффектах, возникающих вследствие структурных особенностей данного типа сплавов. Представлены основные исследования свойств жаропрочных высокоэнтропийных сплавов.

Ключевые слова: высокоэнтропийные сплавы, жаропрочные сплавы, ОЦК- или ГЦК-структура, однофазный твердый раствор, нанокристаллитная структура, фазовый состав, механическое легирование, high-entropy alloys, heat-resistant alloys, BCC or FCC arrangment, single-phase solid solution, nanocrystallite structure, phase composition, mechanical alloying

Список литературы

  1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7-17.
  2. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
  3. Оспенникова О.Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 19-36.
  4. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Демонис И.М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 36-52.
  5. Чабина Е.Б., Ломберг Б.С., Филонова Е.В., Овсепян С.В., Бакрадзе М.М. Изменение структурно-фазового состояния жаропрочного деформируемого никелевого сплава при легировании танталом и рением // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №9. Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 12.03.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-9-3-3.
  6. Каблов Д.Е., Сидоров В.В., Мин П.Г., Пучков Ю.А. Влияние лантана на качество и эксплуатационные свойства монокристаллического жаропрочного никелевого сплава ЖС36-ВИ // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №12. Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 12.03.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-12-2-2.
  7. Шеин Е.А. Тенденции в области легирования и микролегирования жаропрочных монокристаллических сплавов на основе никеля (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №3. Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 12.03.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-3-2-2.
  8. Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Ефимочкин И.Ю. Высокотемпературные Nb-Si-композиты // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2. С. 164-173.
  9. Perepezko J.H. The Hotter the Engine, the Better // Science. 2009. Vol. 326. P. 1068-1069.
  10. Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J. et al. Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes // Advanced Engineering Materials. 2004. Vol. 6. P. 299-303.
  11. Oates W.A. Configurational Entropies of Mixing in Solid Alloys // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2007. Vol. 28. P. 79-89.
  12. Волькенштейн М.В. Энтропия и информации. М.: Наука, 1986. 192 с.
  13. Шульце Г. Металлофизика. М.: Мир, 1971. 477 с.
  14. Li A., Zhang X. Thermodynamic analysis of the simple microstructure of AlCrFeNiCu high-entropy alloy with multi-principal elements // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2009. Vol. 22. P. 219-224.
  15. Yang X., Zhang Y., Liaw P.K. Alloy Design and Properties Optimization of High-Entropy Alloys // Procedia Engineering. 2012. Vol. 64. P. 830-838.
  16. Hsu C.-Y., Juan C.-C., Wang W.-R. et al. On the superior hot hardness and softening resistance of AlCoCrxFeMo0.5Ni high-entropy alloys // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528. P. 3581-3588.
  17. Tsai M.-H., Wang C.-W., Tsai C.-W. et al. Thermal Stability and Performance of NbSiTaTiZr High-Entropy Alloy Barrier for Copper Metallization // Journal of The Electrochemical Society. 2011. Vol. 158. P. H1161-H1165.
  18. Tsai M.-H., Yeh J.-W., Gan J.-Y. Diffusion barrier properties of AlMoNbSiTaTiVZr high-entropy alloy layer between copper and silicon // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. P. 5527-5530.
  19. Shun T.-T., Hung C.-H., Lee C.-F. Formation of ordered/disordered nanoparticles in FCC high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 493. P. 105-109.
  20. Tsai M.-H., Yeh J.-W. High-Entropy Alloys: A Critical Review // Materials Research Letters. 2014. Vol. 2. P. 107-123.
  21. Yeh J.W. Recent progress in high-entropy alloys // Annales de Chimie Science des Materiaux. 2006. Vol. 31. P. 633-648.
  22. Salishchev G.A., Tikhonovsky M.A., Shaysultanov D.G. Effect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system / Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 591. P. 11-21.
  23. Murty B.S., Yeh J.W., Ranganathan S. High Entropy Alloys. Elsevier, 2014. 218 p.
  24. Юркова А.И., Чернявский В.В., Кравченко А.И. Получение нанокристаллических тугоплавких Nb-Mo-Ta-W-V и Nb-Mo-Ta-W-Hf высокоэнтропийных сплавов методом механического легирования // Кафедра высокотемпературных материалов и порошковой металлургии: [офиц. сайт]. URL: http://compnano.kpi.ua/pdf_files/sams-2014n/sams-2014-nat-p-150.pdf (дата обращения: 12.03.2018).
  25. Senkov O.N., Wilks G.B., Scott J.M., Miracle D.B. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 refractory high entropy alloys // Intermetallics. 2011. Vol. 19. P. 698-706.
  26. Guo N.N., Wang L., Luo L.S. et al. Microstructure and mechanical properties of refractory MoNbHfZrTi high-entropy alloy // Materials & Design. 2015. Vol. 81. P. 87-94.
  27. Senkov O.N., Senkova S.V., Miracle D.B., Woodward C. Mechanical properties of low-density, refractory multi-principal element alloys of the Cr-Nb-Ti-V-Zr system // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 565. P. 51-62.
  28. Senkov O.N., Scott J.M., Senkova S.V. et al. Microstructure and room temperature properties of a high-entropy TaNbHfZrTi alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509. P. 6043-6048.
  29. Juan C.-C., Tsai M.-H., Tsai C.-W. et al. Enhanced mechanical properties of HfMoTaTiZr and HfMoNbTaTiZr refractory high-entropy alloys // Intermetallics. 2015. Vol. 62. P. 76-83.
  30. Senkov O.N., Scott J.M., Senkova S.V. et al. Microstructure and elevated temperature properties of a refractory TaNbHfZrTi alloy // Journal of Materials Science. 2012. Vol. 47. P. 4062-4074.
  31. Chen H., Kauffmann A., Gorr B. et al. Microstructure and mechanical properties at elevated temperatures of a new Al-containing refractory high-entropy alloy Nb-Mo-Cr-Ti-Al // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 661. P. 206-215.
  32. Zhang Y., Liu Y., Li Y. et al. Microstructure and mechanical properties of a refractory HfNbTiVSi0.5 high-entropy alloy composite // Materials Letters. 2016. Vol. 174. P. 82-85.
  33. Комаров Ф.Ф., Погребняк А.Д., Константинов С.В. Радиационная стойкость высокоэнтропийных наноструктурированных покрытий (Ti, Hf, Zr, V, Nb)N // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. Вып. 10. С. 105-110.
  34. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Вершков А.В. Редкие металлы и редкоземельные элементы - материалы современных и будущих высоких технологий // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №2. Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 12.03.2018).
  35. Yang S., Khosravi E. An Integrated Study on a Novel High Temperature High Entropy Alloy. Pittsburgh: Southern University and A&M College. 2016. 41 р. Pittsburgh, PA URL: https://www.netl.doe.gov/File%20Library/Events/2016/crosscutting-ree/track-a-041816/Presentantion_20160418_1100A_FE0011550_SU.pdf (дата обращения: 12.03.2018).

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-9-16

УДК: 669.715:620.17

Страницы: 9-16

А.М. Сергеева1, Н.С. Ловизин1, А.А. Соснин1

[1] Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук, mail.imim.ru

О СОВМЕЩЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ МЕТАЛЛА

Представлены результаты исследований изменения механических свойств сплава Д1 при его переработке по технологии, совмещающей непрерывное литье металла с одновременной его деформацией в твердожидком состоянии. Проведенные исследования показали, что данная технология позволяет за короткий производственный цикл получать плоские заготовки прямоугольного сечения со скоростью 2 м/мин. Переработка сплава Д1 позволяет повысить предел прочности при разрыве на 24,5%, предел текучести - на 43,5%, относительное удлинение - в 2,5 раза, твердость по Бринеллю - на 29% по сравнению со сплавом в состоянии поставки. Показана перспективность данной технологии.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, непрерывное литье, деформация в твердожидком состоянии, совмещенные процессы, кристаллизация, aluminum alloys, continuous casting, deformation in the solid-liquid state, combined processes, crystallization

Список литературы

  1. Семенов Б.И., Куштаров К.М. Производство изделий из металла в твердожидком состоянии. Новые промышленные технологии: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 223 с.
  2. Сергеева А.М., Ловизин Н.С., Соснин А.А. Структура и механические свойства плоских заготовок из сплава АД1, полученных в условиях непрерывного литья, совмещенного с деформацией в твердожидком состоянии // Вопросы материаловедения. 2017. №1. С. 84-91.
  3. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. М.: Изд-во стандартов, 1997. 10 с.
  4. Устройство для получения непрерывнолитых деформированных заготовок: пат. 2116158 Рос. Федерация. №96111894/02; заявл. 13.06.96; опубл. 27.07.98, Бюл. №21. 12 с.
  5. Сергеева А.М., Ловизин Н.С., Соснин А.А., Одиноков В.И. Исследование структуры и механических свойств металлоизделий из сплава АД0, полученных с помощью новой технологии непрерывного литья // Перспективные материалы. 2016. №4. С. 13-18.
  6. Промышленные алюминиевые сплавы / С.Г. Алиева, М.Б. Альтман, С.М. Амбарцумян и др. М.: Металлургия, 1984. 528 с.
  7. Габидуллин Р.М., Ливанов В.А., Шипилов В.С. Непрерывное литье алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1977. 168 с.
  8. Германн Э. Непрерывное литье: справочник. Пер. с нем. / под ред. В.И. Добаткина, В.С. Рутеса, Э.Р. Шора. М.: Металлургиздат, 1961. 814 с.
  9. ГОСТ Р 8.585-2001. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. М.: Изд-во стандартов, 2002. 84 с.
  10. ГОСТ 9012-59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. М.: Стандартинформ, 2007. 39 с.
  11. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. М.: Стандартинформ, 2006. 6 с.
  12. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 2008. 24 с.
  13. ГОСТ 21488-97. Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2001. 22 с.
  14. Аптекарь И.Л., Каменецкая Д.С. О влиянии давления на зарождение центров новой фазы // ФММ. 1962. Т. 14. Вып. 2. С. 316-319.
  15. Бровман М.Я. Совмещенные процессы непрерывного литья и прокатки. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 626 с.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-17-25

УДК: 669.017.165:669.295

Страницы: 17-25

Д.А. Дзунович1, Е.Б. Алексеев1, П.В. Панин1, Е.А. Лукина2, А.В. Новак1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru
[2] Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», mai@mai.ru

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ

Исследовано структурно-фазовое состояние и проведен сравнительный анализ механических свойств листовых полуфабрикатов из жаропрочных деформируемых сплавов на основе алюминида титана Ti3Al - α2-, супер-α2- и орто-классов, полученных по различным технологиям. Показано, что применение водородной технологии для сплава марки 7115 позволило уменьшить температурный интервал горячей деформации на 150-200°С по сравнению со сплавами типа супер-α2, понизить на 40-50% величину удельных усилий сжатия при проведении осадки в интервале температур 900-1000°С и изготовить листовые полуфабрикаты, которые по удельным прочностным характеристикам при комнатной температуре превосходят сплавы ВТИ-1 и ВТИ-4. Установлено, что наибольшими уровнем длительной прочности при температуре 700°С и прочностными характеристиками при комнатной и повышенной температурах обладают листы из сплава ВТИ-4. Проанализированы перспективы освоения исследуемых сплавов в промышленных условиях для изготовления различных видов полуфабрикатов, в том числе листовых. Показано, что наиболее подготовленным в настоящее время для промышленного производства является сплав ВТИ-4.

Ключевые слова: алюминид титана, α2(Ti3Al)-фаза, орто(Ti2AlNb)-фаза, водородная технология, листовой полуфабрикат, фазовый состав, структура, механические свойства, titanium aluminide, α2(Ti3Al)-phase, ortho(Ti2AlNb)-phase, hydrogen technology, sheet semi-finished product, phase composition, structure, mechanical properties

Список литературы

  1. Каблов Е.Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки - основа инноваций // Крылья Родины. 2016. №5. С. 8-18.
  2. Каблов Е.Н. Разработки ВИАМ для газотурбинных двигателей и установок // Крылья Родины. 2010. №4. С. 3-33.
  3. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник. М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. 520 с.
  4. Братухин А.Г., Колачев Б.А., Садков В.В. и др. Технология производства титановых самолетных конструкций. М.: Машиностроение, 1995. 448 с.
  5. Heng Qiang Ye. Recent developments in Ti3Al and TiAl intermetallics research in China // Materials Science and Engineering: A. 1999. Vol. 263. P. 289-295.
  6. Ночовная Н.А., Черемушникова Е.В., Анташев В.Г. Металлические материалы для эндопротезирования. М.: ВИАМ, 2014. 72 с.
  7. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 399 с.
  8. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: ВИЛС, 1996. 581 с.
  9. Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран. М.: ВИЛС, 2000. 318 с.
  10. Моисеев В.Н. Титан в России // МиТОМ. 2005. №8 (602). С. 23-29.
  11. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520-530.
  12. Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин С.Я., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1995. 442 с.
  13. Djanarthany S., Viala J.-C., Bouix J. An overview of monolithic titanium aluminides based on Ti3Al and TiAl (Review) // Materials Chemistry and Physics. 2001. Vol. 72. P. 301-319.
  14. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Постнова А.Д., Воздвиженская М.В. Сплавы цветных металлов для авиационной техники / под общ. ред. В.М. Воздвиженского. Рыбинск: РГАТА, 2002. 219 с.
  15. Каблов Е.Н., Ломберг Б.С., Оспенникова О.Г. Создание современных жаропрочных материалов и технологий их производства для авиационного двигателестроения // Крылья Родины. 2012. №3-4. С. 34-38.
  16. Ночовная Н.А., Базылева О.А., Каблов Д.Е., Панин П.В. Интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля. М.: ВИАМ, 2018. 308 с.
  17. Ночовная Н.А., Иванов В.И., Алексеев Е.Б., Кочетков А.С. Пути оптимизации эксплуатационных свойств сплавов на основе интерметаллидов титана // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 196-206.
  18. Ночовная Н.А., Алексеев Е.Б., Ясинский К.К., Кочетков А.С. Специфика плавки и способы получения слитков интерметаллидных титановых сплавов с повышенным содержанием ниобия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP. C. 53-59.
  19. Каблов Д.Е., Панин П.В., Ширяев А.А., Ночовная Н.А. Опыт использования вакуумно-дуговой печи ALD VAR L200 для выплавки слитков жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана // Авиационные материалы и технологии. 2014. №2. С. 27-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-2-27-33.
  20. Ночовная Н.А., Панин П.В., Алексеев Е.Б., Новак А.В. Закономерности формирования структурно-фазового состояния сплавов на основе орто- и гамма-алюминидов титана в процессе термомеханической обработки // Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2015. №1 (85). С. 18-26.
  21. Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Иванов В.И., Панин П.В., Новак А.В. Исследование влияния алюминия на фазовый состав и свойства деформированных полуфабрикатов из интерметаллидного титанового сплава ВТИ-4 // Технология легких сплавов. 2015. №1. С. 57-61.
  22. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-12-8-8.
  23. Сплав на основе алюминида титана: пат. 2081929 Рос. Федерация; опубл. 20.06.97.
  24. Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него: пат. 2210612 Рос. Федерация; опубл. 20.08.2003.
  25. Проценко О.М., Карачевцев Ф.Н., Механик Е.А. Опыт разработки методики измерения содержания водорода в титановых сплавах // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №12. Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 26.03.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-12-8-8.
  26. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. 304 с.
  27. Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов A.M. Водородная технология титановых сплавов. М.: МИСиС, 2002. 392 с.
  28. Колачев Б.А., Ильин А.А., Носов В.К., Мамонов А.М. Достижения водородной технологии титановых сплавов // Технология легких сплавов. 2007. №3. С. 10-26.
  29. Ильин А.А., Скворцова С.В., Мамонов А.М., Коллеров М.Ю. Фазовые и структурные превращения в титановых сплавах разных классов под действием водорода // Титан. 2007. №1. С. 32-37.
  30. Мамонов А.М., Скворцова С.В., Агаркова Е.О. и др. Термоводородная обработка как способ формирования термически стабильной структуры в жаропрочном титановом сплаве с интерметаллидным упрочнением // Титан. 2009. №2 (24). C. 35-38.
  31. Колачев Б.А. Обратимое легирование титановых сплавов водородом // МиТОМ. 1993. №10. С. 28-32.
  32. Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Панин П.В., Новак А.В. Технологическая пластичность, структура и фазовый состав опытного титанового орто-сплава, содержащего 13% (по массе) алюминия // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №12. Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 26.03.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-12-8-8.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-26-32

УДК: 669.017:006.055

Страницы: 26-32

А.И. Плохих1, М.Д. Сафонов1, А.Г. Колесников1, С.Д. Карпухин1

[1] Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, bauman@bmstu.ru

МЕХАНИЗМ РЕЛАКСАЦИИ МЕЖСЛОЙНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МНОГОСЛОЙНЫХ СТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Представлены результаты исследования стальных многослойных материалов, имеющих аномально низкие значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) в направлении, перпендикулярном к плоскости проката. Подтверждением гипотезы о ведущей роли реактивных напряжений при проявлении указанного инварного эффекта стали результаты металлографического анализа. Показано, что проведение циклических высокотемпературных нагревов провоцирует рекристаллизацию на межслойных границах, вызванную разницей в значениях ТКЛР прилежащих слоев и влиянием высокой температуры.

Ключевые слова: горячая пакетная прокатка, многослойный металлический материал, направление прокатки, дилатометрический анализ, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), рекристаллизация, hot pack rolling, multilayer metal material, rolling direction, dilatometric analysis, coefficients of thermal expansion (CTE), recrystallization

Список литературы

  1. Шалин P.E., Машинская Г.П., Железина Г.Ф., Морозов Г.А. Адаптирующиеся (интеллектуальные) материалы и проблемы их создания // Технология: межотраслевой науч.-технич. сб. Сер.: Конструкции из композиционных материалов. М.: ВИМИ, 1995. Вып. 2. С. 43-48.
  2. Гуляев И.Н., Гуняев Г.М., Раскутин А.Е. Полимерные композиционные материалы с функциями адаптации и диагностики состояния // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 242-253.
  3. Bensoussan A., Lions J.-L., Papanicolaou G.C. Asymptotic Analysis for Periodic Structures. Amsterdam, 1978. 369 р.
  4. Sanchez-Palencia E. Non-Homogeneous Media and Vibration Theory // Lecture Notes in Physics. Springer, 1980. Vol. 127. 367 p.
  5. Almgren R.F. An isotropic three-dimensional structure with Poisson’s ratio // Journal of Elasticity. 1985. Vol. 15. P. 427-430.
  6. Колпаков А.Г., Ракин С.И. К задаче синтеза композиционного материала одномерного строения с заданными характеристиками // Прикладная механика и техническая физика. 1986. №6. С. 143-150.
  7. Колпаков А.Г., Ракин С.И. Деформационные характеристики слоистых композитов при нелинейных деформациях // Прикладная механика и техническая физика. 2004. №5. С. 157-166.
  8. Колесников А.Г., Плохих А.И., Михальцевич И.Ю. Исследование возможности получения субмикро- и наноразмерной структуры в многослойных материалах методом горячей прокатки // Производство проката. 2010. №3. С. 25-31.
  9. Табатчикова Т.И., Плохих А.И., Яковлев И.Л., Клюева С.Ю. Структура и свойства многослойного материала на основе сталей, полученного методом горячей пакетной прокатки // Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. №7. С. 633-646.
  10. Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Плохих А.И., Дельгадо Рейна С.Ю. Исследование многослойного материала на основе нержавеющих сталей, полученного методом горячей пакетной прокатки // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. №4. С. 431-442.
  11. Плохих А.И., Чан Юэ, Карпухин С.Д. Исследование влияния межслойного диффузионного перераспределения углерода на ударную вязкость многослойных материалов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2015. №8. С. 86-91.
  12. Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 2003. С. 585-784 с.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-33-39

УДК: 669.295

Страницы: 33-39

Д.А. Александров1, С.А. Мубояджян1, А.Н. Луценко1, П.Л. Журавлева1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ И ИОННОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

Рассмотрены вопросы упрочнения поверхности титанового сплава методами ионной имплантации азотом и ионным насыщением (ионным модифицированием) поверхности в плазме алюминиевого сплава. Проведены исследования микротвердости упрочненной поверхности, эрозионной и абразивной стойкости, исследован фазовый состав, проведены металлографические исследования. Показано, что применение данного вида комплексной ионной обработки увеличивает стойкость поверхности титанового сплава к эрозионному и абразивному износу. Результаты исследований могут быть использованы для упрочнения входной кромки титановых лопаток компрессора ГТД.

Ключевые слова: лопатки компрессора ГТД, ионная имплантация, ионное модифицирование, эрозионная стойкость, эрозионностойкие покрытия, ионно-плазменные покрытия, gas turbine compressor blades, ion implantation, ion modifying, erosion resistance, erosion-resistant coatings, ion-plasma coatings

Список литературы

  1. Смыслов А.М., Смыслова М.К., Мухин В.С. Ионно-имплантационное и вакуумно-плазменное модифицирование поверхности лопаток компрессора ГТД // Вестник Рыбинской гос. авиац. технологич. акад. им. П.А. Соловьева. 2017. №1 (40). С. 133-138.
  2. Каблов Е.Н., Мубояджян С.А. Ионное травление и модифицирование поверхности ответственных деталей машин в вакуумно-дуговой плазме // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2. С. 149-163.
  3. Смыслов А.М., Быбин А.А., Невьянцева Р.Р. Влияние ионной имплантации и плазменной поверхностной обработки на эксплуатационные характеристики жаропрочного никелевого сплава // Физика и химия обработки материалов. 2007. №3. С. 29-34.
  4. Смыслов А.М., Смыслова М.К., Дубин А.И. Исследование влияния комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки на сопротивление усталости лопаток ГТД с концентратором // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20. №3 (73). С. 38-43.
  5. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Базылева О.А. Материалы для высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2. С. 13-19.
  6. Мубояджян С.А., Александров Д.А., Коннова В.И. Методика испытаний на относительную эрозионную стойкость твердых покрытий ответственных деталей компрессора ГТД // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. №4. С. 7-18.
  7. Погребняк А.Д., Якущенко И.В., Соболь О.В. и др. Влияние остаточного давления и ионной имплантации на структуру, элементный состав и свойства нитридов (TiZrAlYNb)N // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. №8. С. 72-79.
  8. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения - основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. №2 (14). С. 16-21.
  9. Карпов Д.А., Литуновский В.Н. Плазменно-иммерсионная ионная имплантация (ПИИИ): физические основы, использование в технологиях. СПб.: НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, 2009. 62 с.
  10. Григорьев С.Н., Мельник Ю.А., Метель А.С. и др. Иммерсионная ионная имплантация и азотирование в плазме тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. №6. С. 43-48.
  11. Кашапов О.С., Павлова Т.В., Калашников В.С., Кондратьева А.Р. Исследование влияния содержания легирующих элементов на свойства высокопрочного жаропрочного псевдо-α-сплава ВТ46 // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №9. Ст. 06. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-9-6-6.
  12. Сутыгина А.Н., Шулепов И.А. Плазменно-иммерсионная ионная имплантация алюминия в титан ВТ1-0 // Перспективы развития фундаментальных наук: сб. науч. тр. XII Междунар. конф. студентов и молодых ученых. Томск: Нац. исслед. Томский политех. ун-т, 2015. С. 248-250.
  13. Воробьев В.Л., Быков П.В., Быстров С.Г. и др. Изменение состава поверхностных слоев титанового сплава ВТ6 после ионно-лучевого перемешивания алюминия и термообработки // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 15. №4. С. 576-581.
  14. Учеваткина Н.В., Овчинников В.В., Жданович О.А., Сбитнев А.Г. Комбинированная технология повышения износостойкости деталей из титанового сплава ВТ6 на основе ионной имплантации // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. №6 (138). С. 35-39.
  15. Учеваткина Н.В., Овчинников В.В., Жданович О.А., Сбитнев А.Г. Остаточные напряжения в поверхностном слое титанового сплава ВТ6 после ионной имплантации с большой дозой // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. №6. С. 41-46.
  16. Горлов Д.С., Мубояджян С.А., Щепилов А.А., Александров Д.А. Влияние ионной имплантации на демпфирующую способность композиции «сплав-ионно-плазменное покрытие» // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2017. №2. Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 07.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-2-4-4.
  17. Горлов Д.С., Щепилов А.В. Влияние шероховатости поверхности и абразивного износа на демпфирующую способность композиции «сплав-покрытие» // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2017. №5. Ст. 11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-5-11-11.
  18. Горбовец М.А., Ночовная Н.А. Влияние микроструктуры и фазового состава жаропрочных титановых сплавов на скорость роста трещины усталости // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №4. Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-4-3-3.
  19. Шаркеев Ю.П., Кукареко В.А., Ерошенко А.Ю. и др. Ионная имплантация как метод повышения циклической долговечности титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях // Перспективные материалы. 2011. №12. С. 136-142.
  20. Шаркеев Ю.П., Рябчиков А.И., Козлов Э.В. и др. Высокоинтенсивная ионная имплантация - метод формирования мелкодисперсных интерметаллидов в поверхностных слоях металлов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2004. Т. 47. №9. С. 44-52.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-40-46

УДК: 539.42:539.43

Страницы: 40-46

В.В. Коновалов1, С.В. Дубинский1, А.Д. Макаров1, А.М. Доценко1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского», info@tsagi.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Исследуется корреляция между механическими свойствами авиационных материалов. Представлены экспериментальные данные прочностных характеристик полуфабрикатов из следующих сплавов: В93, В95 (7075), Д16, 1163 (2024), 30ХГСА, АК4-Т2. Проведен анализ соотношений между пределами прочности и выносливости, условным пределом текучести, относительным удлинением и относительной пластичностью материалов, получаемых в процессе серийного производства. Исследования показали слабую корреляцию за исключением трех пар. Полученные результаты открывают возможность совершенствования авиационных сплавов путем одновременного повышения нескольких несвязанных между собой механических свойств материалов.

Ключевые слова: металлические сплавы, предельная прочность, предельная выносливость, условный предел текучести, корреляция, статистический анализ, metal alloy, ultimate stress, endurance limit, yield stress, correlation, statistical analysis

Список литературы

  1. Вовнянко А.Г., Бенгус Г.Ю., Воронцов И.С. Статическая прочность и усталостная долговечность крупногабаритных прессованных полуфабрикатов из сплавов Д16ч.-Т, В95п.ч.-Т1 и В95п.ч.-Т2 // Физико-химическая механика материалов. 1982. №1. С. 20-24.
  2. Доценко А.М., Поляков А.Н., Мишин В.И., Горячев В.И. Расчетно-экспериментальное исследование влияния технологии на долговечность образца с отверстием и расчетные размеры начальных дефектов // Авиационная промышленность. 1990. №7. С. 75-78.
  3. Серебренникова Н.Ю., Сенаторова О.Г., Антипов В.В. и др. Комплекс свойств и структура массивных плит из алюминиевых сплавов В95п.ч.-Т2, АК4-1ч.-Т1 и 1163-Т // Металловедение и современные разработки в области технологии литья, деформации и термической обработки легких сплавов: сб. док. науч.-тех. конф. М., 2016. 10 с.
  4. Сенаторова O.Г., Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В. и др. Исследование структуры и свойств плиты толщиной 80 мм из сплава В95п.ч.-Т2 // Технология легких сплавов. 2016. №2. С. 37-42.
  5. Гриневич А.В., Румянцев Ю.С., Морозова Л.В., Терехин А.Л. Исследование усталостной долговечности алюминиевых сплавов 1163-Т и В95о.ч.-Т2 после поверхностного упрочнения. ISSN: 2071-9140 // Авиационные материалы и технологии. 2014. №S4. С. 93-102. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-S4-93-102.
  6. Ерасов В.С., Гриневич А.В., Сеник В.Я., Коновалов В.В., Трунин Ю.П., Нестеренко Г.И. Расчетные значения характеристик прочности авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2012. №2. С. 14-16.
  7. Расчетные значения характеристик авиационных металлических конструкционных материалов // Авиационный справочник А.С. 1.1.М.001-2012. М.: ОАК, ЦАГИ, 2013. 302 с.
  8. Воробьев А.З., Богданов Б.Ф., Олькин Б.И. Влияние высокой температуры на выносливость элементов конструкции // Труды ЦАГИ. 1972. Вып. 1417. С. 53-72.
  9. Богданов Б.Ф., Колганова З.Н. Влияние длительных выдержек при высокой температуре на выносливость алюминиевых и титановых сплавов // Труды ЦАГИ. 1970. Вып. 1239. С. 3-10.
  10. Хэйвуд Р.Б. Проектирование с учетом усталости. М.: Машиностроение, 1969. 37 с.
  11. Gordon D.E., Chuang S.Y. Correlation between modulus and yield strength in Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo (a/o) // Journal of materials science letters. 1994. Vol. 13. P. 1397-1399.
  12. Басов В.Н., Нестеренко Г.И. Прочность и усталость материалов обшивки конструкций гражданских самолетов // Научный Вестник МГТУГА. 2010. №153. C. 15-23.
  13. Pavlina E.J., Van Tyne C.J. Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels // Journal of Materials Engineering and Performance. 2008. Vol. 17 (6). P. 893.
  14. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. 2-е изд. М.: МИСИС, 1999. C. 215-216.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58

УДК: 620.1

Страницы: 47-58

Е.Н. Каблов1, В.О. Старцев1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ДАННЫМ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ (ОБЗОР)

Проведен системный анализ изменения механических свойств полимерных композиционных материалов (ПКМ) при натурных климатических испытаниях на основе отечественных и зарубежных источников. Проанализировано изменение свойств 3258 наборов образцов после экспонирования в 7 климатических зонах со сроками экспонирования от 0,5 до 23 лет. Рассмотрены количественные критерии ранжирования агрессивности климатических зон, чувствительности механических показателей к климатическому воздействию, оптимальных сроков экспонирования при проведении климатических испытаний. Предложены практические количественные выводы для использования при экспресс-оценках ожидаемых эффектов изменения наиболее распространенных деформационно-прочностных показателей ПКМ с учетом типа материала, измеряемого механического показателя, продолжительности и климатических условий экспонирования.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, климатическое старение, механические свойства, сохраняемость, статистический анализ, polymer composite materials, climatic aging, mechanical properties, persistence, statistical analysis

Список литературы

  1. Kin Y., Sasaki Y. What is Environmental Testing // ESPEC Technology Mag. 1996. No. 1. P. 1-15.
  2. Baker A., Dutton S., Kelly D. Composite materials for aircraft structures. 2nd ed. Reston, 2004. 597 p.
  3. Maxwell A.S., Broughton W.R., Dean G., Sims G.M. Review of accelerated ageing methods and lifetime prediction techniques for polymeric materials. NPL Report DEPC MPR 016, 2005. P. 84.
  4. Ageing of composites / ed. Martin R. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2008. 544 p.
  5. Tian W., Hodgkin J. Long-Term Aging in a Commercial Aerospace Composite Sample: Chemical and Physical Changes // Journal of Applied Polymer Science. 2010. Vol. 115. P. 2981-2985.
  6. Long-term durability of polymeric matrix composites / ed. Pochiraju K.V., Tandon G.A., Schoeppner G.A. Springer, 2012. 677 p.
  7. Kablov E.N., Startsev O.V., Krotov A.S., Kirillov V.N. Climatic aging of composite materials: 1. Aging mechanisms // Russian Metallurgy (Metally). 2011. No. 10. P. 993-1000.
  8. Kablov E.N., Startsev O.V., Krotov A.S., Kirillov V.N. Climatic aging of composite aviation materials: 2. Relaxation of the initial structural nenequilibrium and through thickness gradient of properties // Russian Metallurgy (Metally). 2011. No. 10. P. 1001-1007.
  9. Kablov E.N., Startsev O.V., Krotov A.S., Kirillov V.N. Climatic aging of composite aviation materials: 3. Significant aging factors // Russian Metallurgy (Metally). 2012. No. 4. P. 323-329.
  10. Böer P., Holliday L., Kang T.H.-K. Interaction of environmental factors on fiber-reinforced polymer composites and their inspection and maintenance. A review // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 50. P. 209-208.
  11. Каблов Е.Н., Старцев В.О., Иноземцев А.А. Влагонасыщение конструктивно-подобных элементов из полимерных композиционных материалов в открытых климатических условиях с наложением термоциклов // Авиационные материалы и технологии. 2017. №2. С. 56-68. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-56-68.
  12. Ribeiro M.C.S., Ferreira A.J.M., Marques A.T. Effect of natural and artifical weathering on the long-term flexural performance of polymer mortars // Mechanics of Composite Materials. 2009. Vol. 45. No. 5. P. 515-526.
  13. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения // Защита и безопасность. 2014. №4. С. 28-29.
  14. Williams J.G. The effects of tropical weathering on glass-reinforced epoxy resins // Composites. 1977. Vol. 8. No. 3. P. 121-200.
  15. Pride R.A. Environments effects of composites for aircraft // CTOL Transport Tech. Conf. 1978. P. 239-258.
  16. Roylance D., Roylance M. Weathering of fiber-reinforced epoxy composites // Polymer Engineering and Science. 1978. Vol. 18. No. 4. P. 249-254.
  17. Stifel P. Effect of long term outdoor exposure on composite materials // 20th Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. St. Louis. MO. USA. 1979. P. 273-274.
  18. Старцев О.В., Эскин Э.А., Колесник К.И., Петров А.С., Мелетов В.П. Некоторые особенности изменения физико-механических свойств материала типа ССТФ при старении в условиях влажных субтропиков // Проблемы прочности. 1982. №10. С. 91-96.
  19. Startsev O.V., Vapirov Yu.M., Deev I.S., Yartsev V.A., Krivonos V.V., Mitrofanova E.A., Chubarova M.A. The effect of prolonged atmospheric ageing on the properties and structure of carbon plastic // Mechanics of Composite Materials. 1986. No 4. P. 636-642.
  20. Вапиpов Ю.М. Механизмы старения углепластиков авиационного назначения в условиях теплого влажного климата. М.: ВИАМ, 1989. 268 с.
  21. Булманис В.Н. Эксплуатационная устойчивость полимерных волокнистых композитов и изделий в условиях холодного климата. Якутск: ИФТПС СО АН СССР, 1989. 472 с.
  22. Baker D.J. Evalution of Composite Components on the Bell 206L and Sikorsky S-76 Helicopters. NASA AVSCOM Technical Memorandum 4195. Hampton. Virginia, 1990. P. 35.
  23. Старцев О.В. Старение полимерных авиационных материалов в теплом влажном климате: дис. в форме науч. докл. М.: ВИАМ, 1990. 80 с.
  24. Bulmanis V.N., Gunyaev G.M., Krivonos V.V. et al. Atmospheric durability of polymer-fiber composites in cold climates // Mechanics of Composite Materials. 1991. Vol. 27. No. 6. P. 698-705.
  25. Startseva L.T. Climatic ageing of organic fiber reinforced plastics // Mechanics of Composite Materials. 1993. Vol. 29. No. 6. P. 840.
  26. Startsev O.V. Peculiarities of ageing of aircraft materials in a warm damp climate // Polymer Yearbook. Glasgow: Harwood Academic Publishers, 1994. P. 91-110.
  27. Baker D.J. Ten-year ground exposure of composite materials used on the Bell model 206L helicopter flight service program. NASA Technical Paper 3468. ARL Technival Report 480. Hampton. Virginia, 1994. P. 54.
  28. Vapirov Y.M., Krivonos V.V., Startsev O.V. Interpretation of the anomalous change in the properties of carbon-fiber-reinforced plastic KMU-1u during aging in different climatic regions // Mechanics of Composite Materials. 1994. Vol. 30. No. 2. P. 190-194.
  29. Startsev O.V., Krotov A.S., Mashinskaya G.P. Climatic ageing of organic fiber reinforced plastics: water effect // International Journal of Polymeric Materials. 1997. Vol. 37. No. 3-4. P. 161-171.
  30. Startsev O.V., Krotov A.S., Golub P. Effect of climatic and radiation ageing on properties of glass fibre reinforced epoxy laminates // Polymers and Polymer Composites. 1998. Vol. 6. No. 7. P. 481-488.
  31. Startsev O.V., Krotov A.S., Startseva L.T. Interlayer shear strength of polymer composite materials during long term climatic ageing // Polymer Degradation and Stability. 1999. Vol. 63. P. 183-186.
  32. Vodichka R., Nelson B., van der Berg J., Chester R. Long-term environmental durabillity of F/A-18 composite material. Melbourn, Australia: DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, 1999. P. 18.
  33. Vodicka R. Environmental Exposure of Boron-Epoxy Composite Material. DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, 2000. P. 15.
  34. Byon O., Kudo A. Weatherability flexural properties of CFRP subjected to accelerated and outdoor exposures // Composite Science and Technology. 2001. Vol. 61. P. 1913-1921.
  35. Sookay N.K., Klemperer C.J., Verijenko V.E. Environmental testing of advanced epoxy composites // Composite Structures. 2003. Vol. 62. P. 429-433.
  36. Кириллов В.Н., Ефимов В.А., Матвеенкова Т.Е., Коренькова Т.Г. Влияние последовательного воздействия климатических и эксплуатационных факторов на свойства стеклопластиков // Авиационная промышленность. 2004. №1. С. 45-48.
  37. Kudo A., Ben G. Estimation of weatherability flexural properties for CFRP subjected to long-term outdoor exposure // 18th International Conference on Composite Materials. 2011. Vol. 27-3. P. 6.
  38. Liew Y.S. Durability of fiber reinforced polymer composites under tropical climate. Singapore: Master degree thesis, 2003. 147 p.
  39. Nishizaki I., Kishima T., Sasaki I. Deterioration of mechanical properties of pultruded FRP through exposure tests // Third International Conference on Durability & Field Applications of FRP Composites for Construction. 2007. P. 159-166.
  40. Кириллов В.Н., Кавун Н.С., Ракитина В.П., Деев И.С. и др. Исследование влияния тепло-влажностного воздействия на свойства эпоксидных стеклотекстолитов // Пластические массы. 2008. №9. С. 14-17.
  41. Ефимов В.А., Кириллов В.Н., Шведкова А.К., Николаев Е.В. Влияние условий экспозиции на прочностные свойства полимерных композиционных материалов // 9-я Междунар. конф. по гидроавиации «Гидроавиасалон-2012». М., 2012. Ч. 2. С. 171-175.
  42. Nishizaki I., Sasaki I., Tomiyama T. Outdoor exposure tests of pultruded CFRP plates // Proc. of the 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering «CICE 2012» (Rome, Italy. 13-15 June, 2012). 2012. Paper 11-096. P. 1-8.
  43. Sasaki I., Nishizaki I. Tensile load relaxation of FRP cable system during long-term exposure tests // Proc. of the 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering «CICE 2012» (Rome, Italy. 13-15 June, 2012). 2012. Paper 11-691. P. 1-8.
  44. Ефимов В.А., Шведкова А.К., Коренькова Т.Г., Кириллов В.Н. Исследование полимерных конструкционных материалов при воздействии климатических факторов и нагрузок в лабораторных и натурных условиях // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №1. Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.12.2017).
  45. Startseva L.T., Panin S.V., Startsev O.V., Krotov A.S. Moisture diffusion in glass-fiber-reinforced plastics after their climatic ageing // Doklady Physical Chemistry. 2014. Vol. 456. No. 1. P. 77-81.
  46. Carra G., Carvelli V. Ageing of pultruded glass fibre reinforced polymer composites exposed to combined environmental agents // Composite Structures. 2014. Vol. 108. P. 1019-1026.
  47. Блазнов А.Н., Сафин В.Ф., Атясова Е.В., Бабенко Ф.И., Федоров Ю.Ю. Влияние температуры на прочность базальто- и стеклопластиков // Ползуновский вестник. 2014. Т. 2. №4. С. 154-158.
  48. Авиационные материалы: справочник в 13 т. / под ред. Е.Н. Каблова. Т. 13: Климатическая и микробиологическая стойкость неметаллических материалов. М.: ВИАМ, 2015. 270 с.
  49. Sousa J.M., Correia J.R., Cabral-Fonseca S. Durability of glass fibre reinforced polymer piltruted profiles: comparison between QUV accelerated exposure and natural weathering in a mediterranean climate // Experimental Technique. 2013. Vol. 40. No. 1. P. 207-219.
  50. Nishizaki I., Sakurada H., Tomiyama T. Durability of pultruded GFPR through ten-year outdoor exposure test // Polymers. 2015. Vol. 7. P. 2494-2503.
  51. Belec L., Nguyen T.H., Nguyen D.L., Chailan J.F. Comparative effects of humid tropical weathering and artificial ageing on a model composite properties from nano- to macro-scale // Composites. Part A. 2015. Vol. 68. No. 1. P. 235-241.
  52. Shvedkova A.K., Petrova A.P., Buznik V.M. Climate resistance of composite materials based on adhesive prepregs under Arctic conditions // Polymer Science. Series D. 2016. Vol. 9. No. 2. P. 165-171.
  53. Николаев Е.В., Барботько С.В., Андреева Н.П., Павлов М.Р., Гращенков Д.В. Комплексное исследование воздействия климатических и эксплуатационных факторов на новое поколение эпоксидного связующего и полимерных композиционных материалов на его основе. Часть 4. Натурные климатические испытания полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной матрицы // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №6. Ст. 11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.12.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-6-11-11.
  54. Harvey J.A. Chemical and physical aging of plastics // Handbook of environmental degradation of materials. 2005. P. 153-163.
  55. Startsev O.V., Anikhovskaya L.I., Litvinov A.A., Krotov A.S. Increasing the reliability of predicting the properties of polymer composites in hydrothermal aging // Doklady Chemistry. 2009. Vol. 428. No. 1. P. 233-237.
  56. Dement’eva L.A., Serezhenkov A.A., Bocharova L.I., Anikhovskaya L.I., Lukina N.F. Adhesive composite materials based on glass and carbon fillers // Polymer Science. Series D. 2009. Vol. 2. No. 3. P. 157-159.
  57. Старцев В.О., Низина Т.А. Прогнозирование климатического старения эпоксидных полимеров по изменению цветовых показателей // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №12. Ст. 10. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.12.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-12-10-10.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-59-66

УДК: 66.017

Страницы: 59-66

Е.И. Орешко1, В.С. Ерасов1, В.Д. Крылов1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ДИАГРАММ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛА, ИСПЫТАННОГО ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СКОРОСТЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Показаны преимущества представления процессов испытаний и их результатов в 3D-системе осей - напряжение, деформация и время. Для построения трехмерных диаграмм деформирования материала предложена программа ANSYS Mechanical, позволяющая строить практически любую точную геометрическую форму как с помощью удобного графического интерфейса пользователя, так и с помощью параметрического языка APDL. Описана методика построения трехмерных диаграмм деформирования σ-ε-t на примере результатов испытаний органического стекла СО-120.

Ключевые слова: механические испытания, статическое растяжение, время, упругая деформация, пластическая деформация, «мягкое» нагружение, «жесткое» нагружение, скорость деформирования, 3D-система осей «напряжение, деформация, время», органическое стекло СО-120, mechanical tests, static tension, time, elastic deformation, plastic deformation, «soft» loading, «hard» loading, rate of straining, 3D coordinate system of axes «stress, strain, time», organic glass SО-120

Список литературы

  1. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н. Критические напряжения потери устойчивости в гибридных слоистых пластинах // Материаловедение. 2016. №11. С. 17-21.
  2. Каблов Е.Н. Современные материалы - основа инновационной модернизации России // Металлы Евразии. 2012. №3. С. 10-15.
  3. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. М.: МИСИС, 1998. 401 с.
  4. Зинер К. Упругость и неупругость металлов. М.: Изд-во иностр. лит., 1954. 396 с.
  5. Беляев В.И., Ковалевский В.И., Смирнов Г.В., Чекан В.А. Высокоскоростная деформация металлов. Минск: Наука и техника, 1976. 224 с.
  6. Кольский Г. Новейшие экспериментальные и теоретические исследования эффектов кратковременного нагружения // Успехи механики деформируемых сред. М.: Наука, 1975. С. 269-281.
  7. Степанов Г.В. Упругопластическое деформирование материалов под действием импульсных нагрузок. Киев: Наукова думка, 1991. 288 с.
  8. Баррет Ч.С., Масальский Т.Б. Структура металлов. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1984. Ч. 2. 685 с.
  9. Григорьев Е.Г., Перлович Ю.А., Соловьев Г.И. и др. Физическое материаловедение: учеб. для вузов в 6 т. М.: МИФИ, 2008. Т. 4: Физические основы прочности. Радиационная физика твердого тела. Компьютерное моделирование. 696 с.
  10. Немец Я., Серенсен С.В., Стреляев В.С. Прочность пластмасс. М.: Машиностроение, 1970. С. 217-220.
  11. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. 2-е изд., доп. и перераб. Новосибирск: Наука, 1980. 222 с.
  12. Bitans K., Whitton P.W. High-strain-rate investigations, with particular reference to stress/strain characteristics // International Materials Reviews. 1972. Vol. 17. P. 66-68.
  13. Campbell J.D., Fergusson W.G. The temperature and strain rate dependence of the shear strength of mild steel // Philosophical Magazine. 1970. Vol. 21. No. 169. P. 63-82.
  14. Волошенко-Климовицкий Ю.Я. Динамический предел текучести. M.: Наука, 1965. 180 c.
  15. Banks E.E. The ductility of metals under explosive loading conditions // Journal Institute of Metals. 1968. Vol. 96. No. 12. P. 375-378.
  16. Петушков В.Г., Степанов Г.В. О постановке высокоскоростных механических испытаний материалов // Проблемы прочности. 1972. №3. С. 92-96.
  17. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. Пер. с англ. / под ред. Е.М. Морозова, Б.М. Струнина. М.: Мир, 1970. С. 163-165.
  18. Благовещенский В.В., Панин И.Г. К вопросу о зубе текучести // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 109. №3. С. 310-313.
  19. Portevin A., Le Châtelier F. Sur un phénomène observé lors de l’essai de traction d’alliages en cours de transformation // Comptes rendus de l'Académie des Sciences. 1923. Vol. 176. P. 507-510.
  20. Путилов К.А. Курс физики. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1963. Т. I: Механика, акустика, молекулярная физика, термодинамика. С. 173-174.
  21. Классен-Неклюдова М.В. Дислокации и механические свойства кристаллов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 552 с.
  22. Троицкий О.А. Моделирование действия Пинч-Эффекта импульсного тока на пластическую деформацию металла // Вопросы атомной науки и техники. 2011. №4. С. 124-127.
  23. Cottrell A.H. Vacancies and Other Point Defects in Metals and Alloys. London: Institute of Metals, 1958. P. 1-40.
  24. Гуль В.Е., Коврига В.В., Еремина Е.Г. Исследование характеристик прочности полимеров при больших скоростях деформации // Высокомолекулярные соединения. 1960. Т. 2. №11. С. 160.
  25. Догадкин Б.А., Сандомирский Д.М. Влияние температуры и скорости растяжения на прочность вулканизатов // Коллоидный журнал. 1951. Т. 13. №4. С. 267.
  26. Матренин С.В., Овечкин Б.Б. Композиционные материалы и покрытия на полимерной основе: учеб. пособие. Томск, 2008. С. 28-32.
  27. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990. С. 439-442.
  28. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1978. С. 147-148.
  29. Селихова С.И., Маркова Г.С., Каргин В.А. Применение электронной дифракции для изучения структуры сферолитов полипропилена // Высокомолекулярные соединения. 1964. Т. 6. С. 1132.
  30. Лексовский А.М., Регель В.Р. Долговечность полимеров при циклическом нагружении // Высокомолекулярные соединения. 1965. Т. 7. №6. С. 1045.
  31. Лексовский А.М., Регель В.Р. Температурно-временная зависимость прочности алюминия при статическом и циклическом нагружениях // Физика металлов и металловедение. 1965. Т. 20. №2. С. 288-292.
  32. Регель В.Р., Лексовский А.М. Изучение циклической усталости полимеров на основе представлений кинетической концепции разрушения // Механика полимеров. 1969. Т. 5. С. 70-96.
  33. Ратнер С.Б., Коробов В.И. Саморазогрев пластмасс при циклической деформации // Механика полимеров. 1965. №3. С. 93-100.
  34. Ратнер С.Б. Работоспособность пластмассы под нагрузкой и пути ее прогноза и повышения // Науч.-технич. реф. сб. Сер.: Реактивы и особо чистые вещества. М.: НИИТЭХИМ, 1979. №3 (153). С. 65.
  35. Петушков В.Г. Применение взрыва в сварочной технике. Киев: Наукова думка, 2005. С. 85-86.
  36. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов: учеб. пособие. М.: Наука, 1986. 560 с.
  37. Рыбаков В.А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 207 с.
  38. Ильюшин А.А., Ленский В.С. Сопротивление материалов. М.: Физматиздат, 1959. 372 с.
  39. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения - основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. №2 (14). С. 16-21.
  40. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения // Защита и безопасность. 2014. №4. С. 28-29.
  41. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н., Терентьев В.Ф., Слизов А.К. Построение диаграмм деформирования в трехмерном пространстве σ-ε-t // Авиационные материалы и технологии. 2017. №1 (46). С. 61-68. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-1-61-68.
  42. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Подживотов Н.Ю. Выбор схемы расположения высокомодульных слоев в многослойной гибридной пластине для ее наибольшего сопротивления потере устойчивости // Авиационные материалы и технологии. 2014. №S4. С. 109-117. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s4-109-117.
  43. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н. Математическое моделирование деформирования конструкционного углепластика при изгибе // Авиационные материалы и технологии. 2016. №2 (41). С. 50-59. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-2-50-59.
  44. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н. Особенности расчетов устойчивости стержней и пластин // Авиационные материалы и технологии. 2016. №4 (45). С. 74-79. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-4-74-79.
  45. Antipov V.V., Oreshko E.I., Erasov V.S., Serebrennikova N.Y. Hybrid laminates for application in north conditions // Mechanics of Composite Materials. 2016. Vol. 52. No. 5. P. 973-990.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-67-74

УДК: 66.017:620.1

Страницы: 67-74

А.В. Гриневич1, А.Б. Лаптев1, С.Ю. Скрипачев1, Г.А. Нужный1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

МАТРИЦА ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Рассматривается вопрос систематизации расчетных характеристик, исходя из условий действующих нагрузок. Предельные состояния рассматриваются как для сплошного твердого тела, так и для тела с трещиной, предельное состояние которого определяется характеристиками механики разрушения. Наряду с характеристиками, определяемыми в лабораторных стандартных условиях, необходима оценка внешних эксплуатационных факторов, влияющих на прочностные характеристики материалов. Для авиационных конструкций определяющими внешними воздействиями являются температура и влажность. Согласно последним редакциям Норм летной годности, данные факторы должны учитываться при назначении расчетных значений прочностных характеристик конструкционных материалов. Необходимость оценки влияния температуры и влажности на прочностные расчетные характеристики материалов требует системного анализа расчетных характеристик прочности с последующей разработкой методик их определения. В работе затрагивается вопрос статистической оценки расчетных значений прочностных характеристик материала для обоснования долговечности и надежности воздушного судна.

Ключевые слова: прочностные характеристики, температура, влажность, предельное состояние, коррозионное воздействие, статическая прочность, усталость, длительная прочность, strength characteristics, temperature, humidity, limiting condition, corrosive effect, static strength, fatigue, long-term strength

Список литературы

  1. Прочность самолета. Методы нормирования расчетных условий прочности самолета / под ред. А.И. Макаревского. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
  2. Нормы летной годности самолетов транспортной категории: АП-25: утв. Постановлением 35-й Сессии по авиации и использованию воздушного пространства 23.10.2015. 5-е изд. с поправками 1-8. М.: Авиаиздат, 2015. 290 с.
  3. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность / под ред. С.В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.
  4. Применение конструкционных металлических материалов и определение их расчетных характеристик: рекомендательный циркуляр № РЦ-АП25-613: утв. Решением Президиума Авиарегистра МАК 22.11.2002; М.: Авиаиздат, 2008. 21 с.
  5. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
  6. Каблов Е.Н., Гриневич А.В., Ерасов В.С. Характеристики прочности металлических авиационных материалов и их расчетные значения // 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007. М.: ВИАМ, 2007. С. 370-379.
  7. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Медведев И.М. Обзор зарубежного опыта исследований коррозии и средств защиты от коррозии // Авиационные материалы и технологии. 2015. №2 (35). С. 76-87. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-76-87.
  8. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Ижевск: ИКИ, 2012. 872 с.
  9. Курс М.Г., Кутырев А.Е., Фомина М.А. Исследование коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов при лабораторных и натурных испытаниях // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №8 (44). Ст. 10. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 20.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-8-10-10.
  10. Чесноков Д.В., Антипов В.В., Кулюшина Н.В. Метод ускоренных лабораторных испытаний алюминиевых сплавов с целью прогнозирования их коррозионной стойкости в условиях морской атмосферы // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №5 (41). Cт. 10. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 20.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-5-10-10.
  11. ASTM E1681-99е1. Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment-Assisted Cracking of Metallic Materials. 2001. Vol. 03.
  12. Устройство для оценки вязкости разрушения конструкционных материалов: пат. 148072 Рос. Федерация; опубл. 27.11.14, Бюл. №3.
  13. Каблов Е.Н., Гриневич А.В., Луценко А.Н., Ерасов В.С., Нужный Г.А., Гулина И.В. Исследование кинетики разрушения конструкционных алюминиевых сплавов при длительном действии постоянной нагрузки и коррозионной среды // Деформация и разрушение материалов. 2016. №10. С. 22-34.
  14. Гриневич А.В., Луценко А.Н., Ерасов В.С., Нужный Г.А. Методика оценки вязкости разрушения в коррозионной среде при длительной статической нагрузке // Заводская лаборатория и диагностика материалов. 2017. №9. С. 52-57.
  15. Павловская Т.Г., Дешевая Е.А., Зайцев С.Н., Козлов И.А., Волков И.А., Захаров К.Е. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов в условиях, имитирующих факторы космического полета // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №3 (39). Ст. 11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 20.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-3-11-11.
  16. Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Антипов В.В., Каримова С.А., Рудаков А.Г. Оглодков М.С. Влияние коррозионной среды на скорость роста трещины усталости в алюминиевых сплавах // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №3. Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 20.11.2017).
  17. Гриневич А.В., Ерасов В.С., Луценко А.Н., Лаптев А.Б., Кутырев А.Е., Скрипачев С.Ю. Проблемные задачи определения расчетных прочностных характеристик авиационных материалов // Сб. IX Всерос. конф. по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» (посвящена 110-летию со дня рождения профессора, д.т.н. Николая Митрофановича Склярова). М.: ВИАМ, 2017. Ст. 16.
  18. Ракова Т.М., Козлова А.А., Нефедов Н.И., Лаптев А.Б. Исследование влияния органических и неорганических ингибиторов коррозии на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2017. №6 (54). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 20.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-12-12.
  19. Лаптев А.Б., Луценко А.Н., Курс М.Г., Бухарев Г.М. Опыт исследования биокоррозии металлов // Практика противокоррозионной защиты. 2016. №2 (80). С. 36-57.
  20. Курс М.Г., Лаптев А.Б., Кутырев А.Е., Морозова Л.В. Исследование коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов при натурно-ускоренных испытаниях. Часть 1 // Вопросы материаловедения. 2016. №1 (85). С. 116-126.
  21. Луценко А.Н., Гриневич А.В., Скрипачев С.Ю., Баканов А.В. К вопросу определения расчетных характеристик авиационных металлических материалов с учетом воздействия коррозионной среды // Вопросы материаловедения. 2017. №4 (92). С. 169-182.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-75-87

УДК: 533.6.072

Страницы: 75-87

Ю.А. Азаров1, Р.А. Черноволов1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского», info@tsagi.ru

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВЫБОРУ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЯВЛЕНИЙ АЭРОУПРУГОСТИ НА ДИНАМИЧЕСКИ ПОДОБНЫХ МОДЕЛЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ

Цель работы - анализ типовых конструктивно-силовых схем динамически подобных моделей летательных аппаратов и разработка требований к весовым, жесткостным и прочностным характеристикам материалов, применение которых в конструкции моделей позволит выполнить критерии подобия Коши, Ньютона и Струхаля при моделировании явлений аэроупругости летательных аппаратов в аэродинамических трубах.

Ключевые слова: аэроупругость, динамически подобная модель, перетяжеление, композиционные материалы, прочность, жесткость, aeroelasticity, dynamically similar model, excessive weight, composite materials, strength, toughness

Список литературы

  1. Лампер Р.Е., Лыщинский В.В. Введение в теорию и моделирование флаттера. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. 179 с.
  2. Карклэ П.Г. Основные направления деятельности отделения в обеспечении безопасности летательных аппаратов от флаттера // Труды ЦАГИ. 2013. Вып. 2738. С. 183-189.
  3. Амирьянц Г.А., Ишмуратов Ф.З. Об исследованиях в области статической аэроупругости и многодисциплинарной оптимизации конструкций // Труды ЦАГИ. 2013. Вып. 2738. С. 133-152.
  4. Азаров Ю.А., Черноволов Р.А. Дренированные аэроупругие модели летательных аппаратов // Труды МАИ: электрон. журн. 2017. №92. URL: http://trudy.mai.ru/published.php?ID=77062 (дата обращения: 06.03.2018).
  5. Бисплингхофф Р., Эшли Х., Халфмэн Р. Аэроупругость. М.: Изд-во иностр. лит., 1958. 801 с.
  6. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов: справочник. Л.: Машиностроение, 1972. 216 с.

DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-88-94

УДК: 620.17:623.445

Страницы: 88-94

А.В. Лавров1, Н.О. Яковлев1, В.С. Ерасов1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru

К ВОПРОСУ РАЗРУШЕНИЯ КЕРАМИКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ИНДЕНТОРА

Рассмотрены данные из открытых российских и зарубежных источников о механизмах разрушения керамических материалов при соударении с высокоскоростным высокотвердым индентором. Показано, что при воздействии инденторов, аналогичных по своим характеристикам бронебойным пулям ручного стрелкового оружия, на начальной стадии соударения происходит пластическая деформация и разрушение керамики в локальном объеме непосредственно под площадкой контакта «керамика-индентор». Проанализировано влияние различных физико-механических свойств керамических материалов на их функционирование в составе защитных композиций. Рассмотрено влияние конструктивных особенностей преград на характер функционирования керамического слоя. Обоснована необходимость проведения дальнейших исследований механизмов разрушения керамических преград при воздействии высокоскоростного индентора.

Ключевые слова: керамические материалы, броневые материалы, механизм разрушения, физико-механические свойства, оксид алюминия, карбид кремния, баллистические испытания, ceramic materials, armor materials, the mechanism of destruction, mechanical properties, alumina, silicon carbide, ballistic tests

Список литературы

  1. Каблов Е.Н., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С.С., Севастьянов В.Г. Высокотемпературные конструкционные композиционные материалы на основе стекла и керамики для перспективных изделий авиационной техники // Стекло и керамика. 2012. №4. С. 7-11.
  2. Каблов Е.Н., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С.С. Перспективные высокотемпературные керамические композиционные материалы // Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 20-24.
  3. Ивахненко Ю.А., Варрик Н.М., Максимов В.Г. Высокотемпературные радиопрозрачные керамические композиционные материалы для обтекателей антенн и других изделий авиационной техники (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №5. Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-5-5-5.
  4. Сорокин О.Ю., Гращенков Д.В., Солнцев С.Ст., Евдокимов С.А. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №6. Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-6-8-8.
  5. Бучилин Н.В., Люлюкина Г.Ю., Варрик Н.М. Влияние режима обжига на структуру и свойства высокопористых керамических материалов на основе муллита // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2017. №5. Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-5-4-4.
  6. Бучилин Н.В., Прагер Е.П., Ивахненко Ю.А. Влияние пластифицирующих добавок на реологические характеристики шликеров для получения пористых керамических материалов на основе оксида алюминия // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №8. Ст. 06. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-8-6-6.
  7. Ерасов В.С., Лавров А.В., Луценко А.Н., Гриневич А.В. К вопросу взаимодействия термоупрочненного ударника с керамической преградой // Авиационные материалы и технологии. 2016. №2. С. 69-75. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-2-69-75.
  8. Гриневич А.В., Ярош В.В. Особенности разрушения керамики при ударном воздействии // Вопросы оборонной техники. Сер.: 15. 1999. Вып. 1-2. С. 23-30.
  9. Odanovich Z., Bobich B. Ballistic protection efficiency of composite ceramics/metal armours // Scientific-Technical Review. 2003. Vol. LIII. No. 3. P. 30-38.
  10. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
  11. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения // Защита и безопасность. 2014. №4. С. 28-29.
  12. Сагомонян А.Я. Проникание (проникание твердых тел в сжимаемые сплошные среды). М.: Изд-во МГУ, 1974. 300 с.
  13. Степанов Г.В. Упруго-пластическое деформирование материалов под действием импульсных нагрузок. Киев: Наукова думка, 1979. 268 с.
  14. Селиванов В.В. Механика разрушения деформируемого тела // Прикладная механика сплошных сред. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. Т. 2. 420 с.
  15. Григорян В.А., Белобородько А.Н., Дорохов Н.С. и др. Частные вопросы конечной баллистики / Под ред. В.А. Григоряна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 592 с.
  16. Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 408 с.
  17. Эванс А.Г., Лэнгдон Т.Г. Конструкционная керамика. Пер. с англ. / Под ред. А.С. Власова. М.: Металлургия, 1980. 256 с.
  18. Степанов Г.В., Зубов В.И., Майстренко А.Л. и др. Влияние скорости нагружения на прочность керамических материалов на основе самосвязанного карбида кремния // Проблемы прочности. 2010. №3. С. 79-88.
  19. Савиных А.С., Канель Г.И., Разоренов С.В., Румянцев В.И. Эволюция ударных волн в керамике SiC // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. Вып. 7. С. 43-47.
  20. Бабкин А.В., Велданов В.А., Грязнов Е.Ф. Средства поражения и боеприпасы: учеб. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 984 с.
  21. Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Маринин В.М., Чистяков Е.Н. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронировния. М.: РадиоСофт, 2008. 406 с.
  22. Wilkins M.L. Third progress report of light armor program. Lawrence Radiation Laboratory. University of California, Livermore, 1968. P. 58.
  23. Rozenberg Z., Dekel E. Terminal Ballistics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012. 323 p. DOI 10.1007/978-3-642-25305-8.
  24. Власов А.С., Зильбербранд Е.Л., Кожушко А.А. и др. Высокоскоростное внедрение в SiC-керамику с различной пористостью // Журнал технической физики. 2004. Т. 74. Вып. 5. С. 62-65.
  25. Фомин В.М., Гулидов А.И., Сапожников Г.А. и др. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 600 с.
  26. Кожушко А.А., Рыкова И.И., Синани А.Б. Сопротивление керамик внедрению ударяющего тела при высоких скоростях взаимодействия // Физика горения и взрыва. 1992. №1. С. 89-93.
  27. Material modeling for terminal ballistic simulation / ed. by J. Walter. Ballistic Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground (Maryland, USA), 1992. 84 p.
  28. Rahbek D.B., Johnsen B.B. Dynamic behavior of ceramic armor systems. Norwegian Defence Research Establishment, Forsvarets forskningsinstitutt (FFI), 2015. 45 p.
  29. Strassburger E., Bauer S., Weber S., Gedon H. Flash X-ray cinematography analysis of dwell and penetration of small caliber projectiles with three types of SiC ceramics // Defence Technology. 2016. Vol. 12. P. 277-283.
  30. The Science of Armour Materials. Edited by Ian G. Crouch. Woodhead Publishing, 2017. 715 p.
  31. Морозов Н.Ф., Петров Ю.В. Проблемы динамики разрушения твердых тел. СПб.: Изд-во С.Пб. ун-та, 1997. 132 с.
  32. Евстифеев А.Д. Временные эффекты пластического деформирования и разрушения твердых тел при динамическом воздействии: дис. … канд. физ.-мат. наук. СПб., 2014. 102 с.
  33. Clayton J.D., Kraft R.H., Leavy R.B. Mesoscale modeling of nonlinear elasticity and fracture in ceramic polycrystals under dynamic shear and compression // International Journal of Solids and Structures. 2012. Vol. 49. P. 2686-2702.
  34. Fakolujo O.S. Characterisation and properties improvement of armour ceramics. University of Ottawa (Canada), 2016. 190 p.
  35. Numerical simulation of ballistic impacts on ceramic material. A.P.T.M.J. Lamberts. MT07.33. Eindhoven University of Technology, Eindhoven, 2007. 74 p.
  36. Dateraksa K., Sujirote K., McCuiston R., Atong D. Ballistic performance of ceramic/S2-glass composite armor // Journal of Metals, Materials and Minerals. 2012. Vol. 22. No. 2. Р. 33-39.
  37. Espinosa H.D., Brar N.S., Yuan G. et al. Enhanced ballistic performance of confined multi-layered ceramic targets against long rod penetrators through interface defeat // International Journal of Solids and Structures. 2000. Vol. 37. P. 4893-4913.
  38. Lundberg P., Renström R., Andersson O. Influence of confining prestress on the transition from interface defeat to penetration in ceramic targets // Defence Technology. 2016. Vol. 12. P. 263-271.
  39. Лавров А.В., Ерасов В.С., Ландик Д.Н. Об одном подходе к трактовке объединенной теории прочности Я.Б. Фридмана. // Авиационные материалы и технологии. 2017. №2 (47). С. 87-94. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-87-94.