(174.44 кб)

ВИАМ/1982-198532
Стальное фасонное литье для самолетов и
двигателей
Н.М. Тучкевич
М.Ф. Алексеенко
Январь 1982
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья
подготовлена
для
опубликования
журнале «Авиационная промышленность», № 8, 1982 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
в
Стальное фасонное литье для самолетов и двигателей
Н.М. Тучкевич, М.Ф. Алексеенко
В 1930-х годах началось бурное развитие авиационной промышленности.
Создавались новые самолеты, усложнялись конструкции многих деталей
шасси, крыла, управления, вооружения. В связи с этим назрела потребность в
переходе на новую технологию изготовления стальных деталей сложной
конфигурации методом фасонного литья. В создании ее участвовали
И.Г. Лиференко, В.П. Гречин, Н.И. Воробьев, В.М. Королев, А.Ф. Выборнов,
Н.Н. Степанов, Г.Н. Орехов, Б.М. Колобашкин, В.Н. Бухтеев, А.Д. Маслов и др.
В соответствии с указанием Наркомата авиационной промышленности в
1938 г. в металлургической лаборатории ВИАМ была организована первая
научно-производственная бригада под руководством Н.М. Тучкевича по
созданию литейных сталей и технологии производства фасонного стального
литья
для
самолетных
конструкций.
Здесь
конструировали
литые
тонкостенные стальные детали, разрабатывали литейные высокопрочные
стали
40Г2Л,
35ХГСМЛ,
27ХГСНЛ *
и
27ХГСНМЛ,
изучали
их
жидкотекучесть, трещиноустойчивость, механические, физические и другие
свойства, изыскивали материалы для литейных форм, методы контроля
качества литых стальных деталей и их термической обработки, технологию
заварки литейных дефектов.
В послевоенные годы в результате проведенных исследований были
выпущены РТМ по конструированию и производству стального фасонного
литья **. Для самолета Ту-104 освоили отливку весьма сложной тонкостенной
детали шасси из стали 35ХГСМЛ, для лицензионного морского самолета
«Консолидейтед» – литье в землю из легированной хромомолибденовой и
хромомарганцевомолибденовой стали деталей перекатного шасси сложной
А. с. 14077.
Руководство для конструкторов. Т. III. (Раздел «Стальное фасонное литье»). – ОНТИ ВИАМ, 1944;
Сборник производственных инструкций. – М.: Оборонгиз, 1946.
*
**
конфигурации (рис. 1). В комплект входили 23 отливки массой от 200 г до
14 кг. Детали, подвергающиеся непосредственному воздействию морской
воды (поплавковые рымы, якорные зажимы и др.), отливали из нержавеющей
стали Х18Н9БЛ. Всего для завода изготовили 10 комплектов литых деталей,
которые полностью отвечали требованиям конструкции *. При литье траверсы
из стали 35ХГСМЛ (вместо штамповки и механической обработки) получена
экономия 64 кг стали, выводящейся в стружку. Масса черновой заготовки
поковки составляла 80, отливки 16 кг, обработанной детали – 5,3 и 5,3 кг,
отходов металла (стружки) – 74,7 (т.е. 92%) и 10,7 кг.
Рисунок 1. Нога перекатного шасси:
1 – муфта; 2 и 3 – кронштейны; 4 – упор; 5 – гнездо
В дальнейшем массу литейных заготовок значительно уменьшили.
Перед Великой Отечественной войной на базе упомянутой бригады
организовали отдел фасонного литья стали и чугуна (руководители
Н.М. Тучкевич и В.П. Гречин). Этот отдел в 1941–1945 гг. провел большую
работу на многих авиационных заводах. Еще в начале войны была освоена
технология отливки деталей из малобессемеровской низколегированной
стали 40Г2Л, что в 4 раза сократило расход кованой и катаной
стали, ускорило производственный процесс и освободило перегруженное
станочное и кузнечно-штамповочное оборудование.
*
Тучкевич Н.М. Применение стальных отливок в самолетостроении. – Авиационная промышленность,
1940. №10. С. 29–45.
В 1945 г. по указанию начальника ВИАМ А.Т. Туманова была создана
лаборатория, разработавшая технологию производства турбинных лопаток
методом
точного
литья
по
выплавляемым
моделям
во
главе
с
И.Г. Лиференко. В нее вошли А.А. Лунев, В.М. Королев, Б.М. Колобашкин и др.
Для реактивных двигателей ВК-1, РД-45, РД-500, РД-3М и др.
требовалось изготовлять из жаропрочных сталей и сплавов лопатки газовых
турбин, турбинные диски, сопловые венцы, детали соплового конуса,
кольцевые детали крепления диаметром 350–800 мм. Для получения
кольцевых
деталей
центробежное
в
использовали
универсальных
как
стационарное
машинах
литье,
конструкции
так
и
ВИАМ
с
горизонтальной осью вращения и свободнолежащим на роликах кокилем
(рис. 2). Из стали 22Н11-2,5 отливали цилиндрические маслоты, и из каждой
получали 15–20 кольцевых деталей. В результате процесс производства
колец стал проще и дешевле. Стационарный метод использовали для
индивидуальной отливки в стержнях более сложных деталей – коллектора
охлаждающего воздуха и соплового венца. При этом отливка в стержнях
цельнолитого (вместе с лопатками) соплового венца из жаропрочной стали
2016Л диаметром более 800 мм требовала 450 кг металла, из которых около
400 кг в виде литниковой системы и кольцевой прибыли уходило в отходы.
Поскольку при центробежной отливке соплового венца в стержневые формы
на машине с вертикальной осью вращения отсутствуют литниковая система и
кольцевая прибыль, расход жаропрочной стали 2016Л снизился в 4–4,5 раза.
Рисунок 2. Центробежная машина конструкции ВИАМ
Центробежный метод литья на машине с вертикальной осью вращения *
был использован для разработки технологии литья турбинных дисков из
жаропрочных сталей и сплавов. Предварительные исследования дали
положительные результаты при испытаниях в разгонной камере и на разнос.
Литые диски в эксплуатации не уступали по прочности кованым.
Разработана литейная конструкция и новая технология получения диска
диаметром около 800 мм из жаропрочного литейного сплава ЖС3ДК **, ранее
почти не поддававшегося горячей деформации.
Технология предусматривала использование полукокиля с центральной
прибылью, через которую заливали металл. Полукокиль состоял из стальной
нижней полуформы и стального кольца с центральным верхним стержнем в
качестве
верхней
полуформы.
Затвердевание
металла
было
строго
направленным – от периферии к центру и снизу вверх. При заливке металла
через литниковую систему в прибыли металл растекался по внутренней
поверхности прибыльной надставки и верхней полуформы без брызг,
прогревая поверхность прибыли и формы. Скорость кристаллизации металла
со стороны металлической формы в 3–4 раза больше, чем со стороны
стержня. Для обеспечения полноценного питания объем прибыли составлял
20–30% отливки. Скорость вращения формы в начале заливки была
максимальной (500 об/мин), а в конце для лучшего заполнения прибыли
снижалась до 150–200 об/мин. Кристаллизация металла с получением
однородного мелкого плотного строения обеспечивалась вращением формы
по
специальному
режиму до
полного
затвердевания
отливки.
Для
выравнивания нагрева и обеспечения медленного охлаждения отливку
помещали в термическую печь с температурой 950°С сразу после извлечения
из полукокиля.
Контроль механических свойств осуществляли на образцах, вырезанных
Машина с вертикальной осью вращения для ВИАМ спроектирована Гипроавиапромом и изготовлена
на УЗТМ.
**
Разработан под руководством С.Т. Кишкина, Н.Ф. Лашко, Е.Я. Родиной и с участием
Б.М. Колобашкина.
*
из центральной зоны отливки с отверстием. Полученные свойства отвечали
следующим требованиям: длительная прочность сплава при 850°С и
σ=35 кгс/мм2, как правило, составляла более 100 ч, а σ в ≥95 кгс/мм2.
Пластичность отвечала требованиям ТУ (δ≤6%, ψ≤8% и а н ≥2 кгс∙м/см2).
Опытная партия дисков, отлитых из сплава ЖС3ДК, на заводе прошла
термическую (1200°С, воздух) и полную механическую обработку. Один из
литых дисков этой партии после оснащения лопатками успешно испытан на
изделии.
В настоящее время основным методом получения крупногабаритных
деталей самолетов из высокопрочных сталей, сложных деталей для
реактивной техники из жаропрочных сталей и сплавов является точное литье
по выплавляемым моделям, проводимое лабораторией, которой руководит
В.М. Степанов. Этим методом можно изготовлять отливки как сравнительно
небольшой массы и габаритов, так и крупногабаритные, ответственного
назначения массой до 100–150 кг и длиной до 1–1,5 м из различных сталей и
сплавов*.
В результате совместной работы ВИАМ и заводов создан ряд литейных
баз и широко внедрено фасонное литье из высокопрочных сталей и
жаропрочных сплавов, которое стало одним из наиболее прогрессивных
способов изготовления сложных деталей самолетов, агрегатов, реактивных
двигателей.
Королев В.М., Степанов В.М. Фасонное литье по выплавляемым моделям. – М.: Оборонгиз, 1962.
С. 156.
*