Название: Новые технологии в авиастроении: Сборник научных трудов (П. В. Дубровский)

Жанр: Авиационные технологии и управление

Просмотров: 869


Микроструктурный анализ  металлополимерного композиционного материала алор д16/411

 

Развитие современной авиации постоянно связано с применением новых материалов, обеспечивающих повышение тактико-технических данных и эко- номических показателей производства и эксплуатации этих самолетов. Одним из направлений по совершенствованию конструкций является применение ком- позиционных материалов (КМ), разновидностью которых является металлопо- лимерные композиционные материалы (МПКМ) [1]. В России в настоящее вре- мя наиболее исследованным и разработанным МПКМ является АЛОР Д16/41, который представляет собой сочетание тонких слоев алюминиевого сплава Д16чАТ и слоев органопластика на основе ткани СВМ и клея ВК-41. Изготов- ление Алора Д16/41 производится вакуумно-автоклавным формованием в виде листов габаритами до 7000×2000 мм в серийном производстве [2].

Исследование напряженно-деформированного состояния   в листах Алор Д16/41 выявило остаточные технологические напряжения в листах Д16 с сер- нокислым анодированием и характер их распределения по толщине (рис.1). Не-

однородность поля напряжений была связана с особенностями структуры МПКМ. Поэтому для определения влияния текстуры в структуре алюминиевых листов и их деформационного микрорельефа в поверхностном слое и в зоне со-

пряжения слоев композиции на величину микронапряжений на поверхности образцов проводилось металлографическое исследование структурного состоя- ния в сечениях Алора Д16/41 с максимальным (до 6,2 кг/мм2) (образец №1) и минимальным значениями (до 4,1 кг/мм2) (образец №2) напряжений.

Для металлографических исследований изготавливались шлифы путем по- следовательного шлифования и полирования на алмазосодержащих пастах (размер алмазного порошка 40, 20, 7, 2-1 микрон) и доводкой их на приборном сукне. Многократное травление с переполировкой (для уменьшения влияния нагартовки в процессе изготовления шлифа) осуществлялось в реактиве: HCl –

1,5 мл, HF – 1,0 мл, HNO3  – 2,5 мл, H2O – 95 мл; температура травления

1825С, время травления 20-30 с. Травление для выявления линий деформации в  микрорельефе  осуществлялось  в  двадцатикратно  разбавленном  реактиве

Келлера (смесь 5\%-ных растворов вышеуказанных кислот в соотношении 1:1:2)

в течение 5 минут.

 

123

Микроструктурный  анализ металлополимерного композиционного материала ...

 

Рис.1. Кривые распределения остаточ- ных напряжений по глубине ме- таллического слоя для Алора Д16/41 с сернокислым анодиро- ванием : а – образец № 1; б – об- разец № 2

 

Оценка структуры шлифов проводилась оптическим методом на микро- скопе НЕОФОТ-31 с применением светлого, темного полей, в поляризованном свете и применением иммерсионных жидкостей (при увеличениях свыше 1000 крат). Замер микротвердости в слоях МПКМ производился на приборе ПМТЗ.

В ходе исследований было установлено, что в сечении с максимальными значениями напряжений в зоне сопряжения металл-органопластик наблюдают-

ся ровные участки и участки с волнообразными складками (рис.2). Анодный слой на листе Д16чТ разрушен (рис. 2а), причем разрушение более интенсивное в зоне 1. На волнообразных участках  зоны 1 частицы твердого сернокислого анодного покрытия (Н50  =300 кгс/мм2) затянуты в мягкий плакирующий слой (твердость Н20  =60 кгс/мм2) (рис. 3). На прямолинейных участках плакирую- щий слой и разрушившееся анодное покрытие запрессованы в несплошности матрицы органопластика (рис. 4а). В зоне 2 сопряжения по прямым и волнооб- разным участкам имеет место разрушение анодного покрытия с незначитель- ным сдвигом его (запрессовкой) в матрицу органопластика на глубину 5-8 мик- рон (рис. 3в). Внутризеренный сдвиговый микрорельеф наблюдается в виде множественного  скольжения по более светлым зернам, судя по характеру мик- рорельефа, в непосредственной близости от границы раздела и по высоте слоев металла в обеих зонах деформация распределялась относительно равномерно. Однако на участках с волнообразными складками количество сдвиговых плос- костей больше, чем на прямолинейных участках (рис. 5, 6).

 

124

 

 

Зона 1

 

Зона 2

АВИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 
а          б

Рис.2. Микроструктура образца: а – участок с волнообразными складками;

 

 

 

 

 

 
б – прямолинейный участок ( 63)

 

а (320)          б (500)          в(500)

Рис.3. Зона 1 а, б – частицы анодного покрытия в плакирующем слое;

 

 

 

 
в – плакирующий слой и анодное покрытие в несплошностях

 

а          б

Рис.4. Разрушение анодного покрытия: а – на участке «смятия», зона 1 (500);

 

 

 

 

 

 
б – на прямолинейном участке, зона 2 (320)

 

а          б          в

Рис.5. Внутризеренный микрорельеф: а - у поверхности образца над участком смятия (1000); б - по сечению листа над участком смятия ( 630);

в - по границе сопряжения над участком смятия (1250)

 

125

 

 

 

 

 

 
Микроструктурный  анализ металлополимерного композиционного материала ...

 

а          б          в

Рис. 6. Внутризеренный микрорельеф: а – у поверхности листа над прямоли-

нейным участком; б – по сечению листа над прямолинейным участком

 

 

 

 
( 630); в – по границе сопряжения над прямолинейным участком (1250)

 

а          б

Рис.7. Распределение микротвердости по зернам:

а – зона 1; б – зона 2 (320)

 

На рис. 5 в сдвиговые плоскости указаны стрелками, зерно равноосное, ин-

терметалиды вытянуты в направлении прокатки.

Микротвердость по светлым и темным зернам одинакова и составляет

Н20 = 138 кгс/мм2 (рис. 7).

При исследовании поверхности образцов с анодным и частично снятым

анодным слоем обнаружены полосы с искривленными линиями скольжения, которые начинаются от продольных деформированных зон. В отдельных мес- тах по линиям скольжения наблюдаются трещины по анодному слою. При травлении образцов по трещинам идет более интенсивное травление с образо- ванием текстурного рельефа в плакирующем слое.

При изучении образца №2 с минимальными значениями напряжений в се-

чении видно, что зоны сопряжения 1 и 2 прямолинейны (рис. 8). Со стороны зоны 1 имеет место частичное разрушение сернокислого анодного покрытия с

запрессовкой его в матрицу органопластика на глубину 6 микрон. В слое орга-

нопластика  по  границе  сопряжения  зоны  1  наблюдаются  значительные не-

сплошности в виде пор и раковин (см. рис. 8). Однако в зоне 2 разрушения анодного покрытия и дефектов в слое органопластика не наблюдается.

Микротвердость по светлым и  твердым зернам одинакова и  составляет Н20   = 150 кгс/мм2  (что на 10\% превышает твердость материала образца №1) (рис. 9).

 

126

АВИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 
Рис. 8. Зоны сопряжения металл-органопластик (200) (стрелками указаны зоны с порами в матрице)

 

а          б

Рис.9. Распределение микротвердости по «светлым» и «темным» зернам:

а – зона 1; б – зона 2 (320)

 

Из приведенных структур образцов № 1 и № 2 видно, что причиной обра- зования смятия в зоне соединения металл-органопластик образца № 1 могло послужить нарушение температурного режима формования Алора, что привело к неравномерной деформации за счет разницы в коэффициенте температурного расширения граничных слоев, разрушению хрупкого анодного покрытия и «за- прессовки» его в матрицу органопластика. Неравномерная деформация  по се- чению образца (в зоне смятия) могла возникнуть за счет неравномерно распре- деленной нагрузки на слои Алора от избыточного давления в автоклаве.

Таким образом, с помощью микроструктурного анализа показано, что де-

формация алюминиевых слоев может повлиять на остаточные напряжения в листах МПКМ, которые могут быть связаны с разрушениями в процессе экс-

плуатации конструктивных элементов из них.