Ученые трех научных институтов Сибирского отделения РАН впервые получили сварной шов авиационного сплава с прочностью самого металла, что открывает большие перспективы в авиастроении в части отказа от клепки металла, сообщает во вторник Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.
В научном институте пояснили, что всё мировое авиастроение стремится к строительству более прочных, но при этом легких летательных аппаратов. Для этого создаются сплавы с улучшенными техническими характеристиками, например, алюминий-литиевые. Такие сплавы можно сваривать, отказавшись от технологии клепки металла, однако до недавнего времени большой проблемой оставалось то, что сварной шов проигрывал в прочности самому сплаву. В Сибирском отделении РАН решили эту задачу.
«Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича (ИТПМ СО РАН) совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) впервые получили сварной шов с пределом прочности таким же, как у основного материала», — говорится в сообщении.
В ИЯФ СО РАН уточнили, что низкий уровень прочности сварного шва связан с изменением структуры материала, которое возникает при быстром нагреве металла лазерным излучением и его последующем переходе из жидкого состояния обратно в твердое. Ученые при помощи синхротронного излучения изучили, как меняется эта структура при сварке и решили многие задачи.
«У самых современных алюминий-литиевых сплавов, например, у сплава В-1469, разработанном во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ), предел прочности равен 550 мегапаскаль (МПа). Если прочность образца со швом после сварки будет 300 или 400 Мпа – это будет плохо. Нужно, чтобы прочностной уровень сварного шва был равен прочностному уровню сплава на 100%, и только в этом случае можно говорить о внедрении метода в практику», — рассказал завлабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН Александр Маликов.
Ученый отметил, что совместная фундаментальная работа позволила получить для всех алюминий-литиевых сплавов, в том числе для авиационного сплава В-1469, прочностные свойства швов на уровне прочности основного материала. Более того, специалисты изучили структурно-фазовое состояние сварного шва в процессе лазерного воздействия и поняли, как можно управлять процессом сварки. Исследования были проведены в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН.
«При добавлении меди и лития происходит упрочнение алюминиевых сплавов – добавленные элементы рассредоточиваются в материале, выстраиваясь между зерен алюминия, и не дают им расплываться, можно сказать, цементируют их. После того, как при помощи лазерного воздействия мы получаем сварной шов, в материале начинается обратный процесс – кристаллизация, в ходе которой алюминий вытесняет упрочняющие добавки. В ИТПМ подобрали температурные режимы лазерной сварки, при которых все возвращается обратно», — пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Константин Купер. В итоге с помощью методов специальной термической обработки специалистам удалось вернуть нужное фазовое состояние металла и получить прочный сварной шов.
Обсуждение