Improving the Process of Producing Forged Pieces for Power Parts Used in the Aviation Industry

Yu. V. Zamaraeva; А. V. Razinkin; E. I. Buribaev; А. V. Ponomarev; Е. G. Dymshakova

doi:10.17804/2410-9908.2023.6.065-077

Yu. V. Zamaraeva, А. V. Razinkin, E. I. Buribaev, А. V. Ponomarev, Е. G. Dymshakova

IMPROVING THE PROCESS OF PRODUCING FORGED PIECES FOR POWER PARTS USED IN THE AVIATION INDUSTRY

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.6.065-077

Forged pieces made of the as-delivered 1933 alloy for aircraft power units are important semi-finished products manufactured by the Kamensk-Uralsky Metallurgical Works JSC. The production of these parts is challenging due to the variation of their mechanical properties over the volume. Our goal is to find ways of stabilizing and improving the mechanical properties of forged pieces of this type. The simulation of the die-forging of a typical part reveals a 21 % difference in the accumulated amount of strain over the volume of the finished forged parts. Despite the uneven distribution, the minimum strain is sufficient to obtain the required mechanical properties. Estimating the mean normal stress over the volume of a forged piece, we have concluded that it is below the threshold level that ensures that this part is produced without cracking or failure. Experiments have shown that an increase in the holding time in aging stage I and a decrease in stage II result in an increase in the mechanical properties of the product and their uniform distribution depending on the direction.

Acknowledgement: The research was carried out as part of the state assignment (theme Pressure, No. 122021000032-5).

Keywords: the 1933 aluminum alloy, die-forging, finite element method, heat treatment, aging

References:

Fridlyander, I.N. Alyuminievye deformiruemye konstruktsionnye splavy [Aluminum Deformable Structural Alloys]. Metallurgy Publ., Moscow, 1979, 209 p. (In Russian).
Fridlyander, I.N. Aluminum alloys in aircraft in the periods of 1970–2000 and 2001–2015. Tekhnologiya Legkikh Splavov, 2002, 4, 12–17. (In Russian).
Antipov, V.V., Klochkova, Yu.Yu., and Romanenko, V.A. Modern aluminum and aluminum-lithium alloys. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, 2017, 5, 195–211. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-195-211. (In Russian).
Kablov, E.N., Grinevich, A.V., Lutsenko, A.N., Erasov, V.S., Nuzhnyi, G.A., and Gulina, I.V. Study of the fracture kinetics in structural aluminum alloys subjected to a long-term action of a static load and a corrosive medium using specimens of a new type. Russian Metallurgy (Metally), 2017, 2017, 350–355. DOI: 10.1134/S0036029517040073.
Fridlyander, I.N., Tkachenko, E.A, Senatorova, O.G., and Molostova, I.I. Development and application of high-strength alloys of the Al-Zn-Mg-Cu system for aerospace engineering. In: 75 let. Aviatsionnyye Materialy. Izbrannyye trudy «VIAM» 1932–2007. Yubil. Nauch.-Tekhnich. Sb. [Aeronautical Materials. VIAM Selected Proceedings of 1932–2007: Jubilee Scientific and Technical Collection Dedicated to the 75th Anniversary]. VIAM Publ., Moscow, 2007, pp. 155–163. (In Russian).
Nechaykina, T.A., Blinova, N.E., Ivanov, A.L., Kozlova, O.Yu., and Kozhekin, A.E. Research of the effect of homogenization and quench hardening modes on the structure and mechanical properties of retail rings from alloy V95O.CH.–T2. Trudy VIAM, 2018, 10, 27–36. (In Russian).
Bachurin, A.S., Bobin, K.N., Matveev, K.A., and Kurlaev, N.V. Residual deformation of aircrafts aluminum parts at hardening. Siberian Aerospace Journal, 2013, 14 (3), 119–123. (In Russian).
Nechaykina, T.A., Oglodkov, M.S., Ivanov, A.L., Kozlova, O.Yu., Yakovlev, S.I., and Shlyapnikov, M.A. Features of hardening of wide cladding sheets from V95P.CH. aluminum alloy on a continuous heat treatment line. Trudy VIAM, 2021, 11, 25–33. (In Russian).
Vakhromov, R.O., Tkachenko, E.A., Popova, O.I., and Milevskaya, T.V. Summarizing of the experience of usage and optimization of manufacturing technology semi-finished products of high strength aluminum alloy 1933 for the primary structures of modern aircrafts. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, 2014, 2, 34–39. (In Russian).
Astashkin, A.I., Babanov, V.V., Selivanov, A.A., and Tkachenko, E.A. Structure and properties of massive forgings with a reduced level of residual stresses made of aluminum alloy 1933sb of balanced composition. Trudy VIAM, 2021, 7 (101), 13–21. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-7-13-21. (In Russian).
Li, P., Xiong, B., Zhang, Y., Li, Z., Zhu, B., Wang, F., and Liu, H. Quench sensitivity and microstructure character of high strength AA7050. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22 (2), 268−274. DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61170-9.
Zhang, X., Liu, W., Liu, S., and Zhou, M. Effect of processing parameters on quench sensitivity of an AA7050 sheet. Materials Science and Engineering, A, 2011, 528 (3), 795–802. DOI: 10.1016/j.msea.2010.07.033.
Li, X.M. and Starink, M.J. Identification and analysis of intermetallic phases in overaged Zr-containing and Cr-containing Al−Zn−Mg−Cu alloys. Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509 (2), 471−476. DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.09.064.
Marlaud, T., Deschamps, A., Bley, F., Lefebvre, W., and Baroux, B. Influence of alloy composition and heat treatment on precipitate composition in Al−Zn−Mg−Cu alloys. Acta Materialia, 2010, 58 (1), 248−260. DOI: 10.1016/j.actamat.2009.09.003.
Vakhromov, R.O., Tkachenko, E.A., Lukinа, E.A., and Selivanov, A.A. Influence of homogenization annealing on structure and properties of ingots from 1933 alloy of Al–Zn–Mg–Cu system. Trudy VIAM, 2015, 11, 3–11. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-11-2-2. (In Russian).
Galkin, V.I., Golovkina, M.G. Investigation of the effect of hof die forging conditions on formation of mechanical properties of aluminium alloy products. Tekhnologiya Legkikh Splavov, 2016, 1, 138–143. (In Russian).
Vlasov, A.V., Stebunov, S.A., Evsyukov, S.A., Biba, N.V., Shitikov, A.A., ed by A.V. Vlasova. Konechno-elementnoe modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov kovki i obyemnoy shtampovki [Finite Element Modeling of Technological Processes of Forging and Die Forging: Textbook]. Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana Publ., Moscow, 2019, 384 p. (In Russian).
Elagin, V.I., Zakharov, V.V., and Dritz, A.M. Struktura i svojstva splavov sistemy Al–Zn–Mg [Structure and Properties of Alloys of the Al–Zn–Mg System]. Metallurgiya Publ., Moscow, 1982, 224 p. (In Russian).

Ю. В. Замараева, А. В. Разинкин, Э. И. Бурибаев, А. В. Пономарев, Е. Г. Дымшакова

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ШТАМПОВОК ДЛЯ СИЛОВЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В условиях ОАО «КУМЗ» важным полуфабрикатом являются штамповки из сплава 1933 в состоянии поставки Т2 для силовых узлов самолетов. Проблема производства таких деталей заключается в нестабильности уровня механических свойств по их объему. Цель работы – поиск путей стабилизации и повышения уровня механических свойств штамповок данного типа. Посредством моделирования процесса штамповки типовой детали установлено, что уровень накопленной степени деформации по объему готовой штамповки имеет разницу значений 21 %, что говорит о неравномерном распределении, однако минимального уровня деформации достаточно для получения требуемых механических свойств. Оценка среднего нормального напряжения по объему штамповки позволила установить, что оно имеет отрицательные значения уровня, обеспечивающего производство данной детали без трещин и разрушений. Экспериментальным путем установлено, что увеличение времени выдержки I ступени старения и его уменьшение на II ступени приводит к повышению уровня механических свойств исследуемой штамповки, а кроме того, к их равномерному распределению в зависимости от направления.

Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Давление» № 122021000032-5.

Ключевые слова: алюминиевый сплав 1933, штамповка, метод конечных элементов, термическая обработка, старение

Библиография:

Фридляндер И. Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. – М. : Металлургия, 1979. – 209 с.
Фридляндер И. Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970–2000 и 2001–2015 гг. // Технология легких сплавов. – 2002. – № 4. – С. 12–17.
Антипов В. В., Клочкова Ю. Ю., Романенко В. А. Современные алюминиевые и алюминий-литиевые сплавы // Авиационные материалы и технологии. – 2017. – № 5. – С. 195–211.
Исследование кинетики разрушения конструкционных алюминиевых сплавов при длительном воздействии статической нагрузки и коррозионной среды с использованием образца нового типа / Е. Н. Каблов, А. В. Гриневич, А. Н. Луценко, В. С. Ерасов, Г. А. Нужный, И. В. Гулина // Деформация и разрушение материалов. – 2016. – № 10. – С. 42–48.
Развитие и применение высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu для авиакосмической техники / И. Н. Фридляндер, Е. А. Ткаченко, О. Г. Сенаторова, И. И. Молостова // 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932–2007 : юбилейный науч.-технич. сб. – М. : ВИАМ, 2007. – С. 155–163.
Исследование влияния режимов гомогенизации и закалки на структуру и механические свойства раскатных колец из сплава В95о.ч.-Т2 / Т. А. Нечайкина, Н. Е. Блинова, А. Л. Иванов, О. Ю. Козлова, А. Е. Кожекин // Труды ВИАМ. – 2018. – № 10. – С. 27–36.
Влияние закалки на остаточные деформации деталей летательных аппаратов из алюминиевых сплавов / А. С. Бачурин, К. Н. Бобин, К. А. Матвеев, Н. В. Курлаев // Сибирский аэрокосмический журнал. – 2013. – № 3 (49). – С. 119–123.
Особенности закалки широких обшивочных плакированных листов из алюминиевого сплава В95п.ч. на линии непрерывной термической обработки / Т. А. Нечайкина, М. С. Оглодков, А. Л. Иванов, О. Ю. Козлова, С. И. Яковлев, М. А. Шляпников // Труды ВИАМ. – 2021. – № 11. – С. 25–33.
Обобщение опыта применения и оптимизация технологии изготовления полуфабрикатов их высокопрочного алюминиевого сплава 1933 для силовых конструкций современной авиационной техники / Р. О. Вахромов, Е. А. Ткаченко, О. И. Попова, Т. В. Милевская // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – № 2. – С. 34–39.
Структура и свойства массивных поковок с пониженным уровнем остаточных напряжений из алюминиевого сплава 1933сб сбалансированного состава / А. И. Асташкин, В. В. Бабанов, А. А. Селиванов, Е. А. Ткаченко // Труды ВИАМ. – 2021. – № 7 (101). – С. 13–21. – DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-7-13-21.
Quench sensitivity and microstructure character of high strength AA7050 / P. Li, B. Xiong, Y. Zhang, Z. Li, B. Zhu, F. Wang, H. Liu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2012. – Vol. 22 (2). – P. 268–274. – DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61170-9.
Effect of processing parameters on quench sensitivity of an AA7050 sheet / X. Zhang, W. Liu, S. Liu, M. Zhou // Materials Science and Engineering, A. – 2011. – Vol. 528 (3). – P. 795–802. – DOI: 10.1016/j.msea.2010.07.033.
Li X. M., Starink M. J. Identification and analysis of intermetallic phases in overaged Zr-containing and Cr-containing Al−Zn−Mg−Cu alloys // Alloys Compd. – 2011. – Vol. 509 (2). – P. 471−476. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.09.064.
Influence of alloy composition and heat treatment on precipitate composition in Al−Zn−Mg−Cu alloys / T. Marlaud, A. Deschamps, F. Bley, W. Lefebvre, B. Baroux // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58 (1). – P. 248−260. – DOI: 10.1016/j.actamat.2009.09.003.
Влияние гомогенизационного отжига на структуру и свойства слитков из сплава 1933 системы Al–Zn–Mg–Cu / Р. О. Вахромов, Е. А. Ткаченко, Е. А. Лукина, А. А. Селиванов // Труды ВИАМ. – 2015. – № 11. – С. 3–11.
Галкин В. И., Головкина М. Г. Исследование влияния условий объемной горячей штамповки на формирование механических свойств изделий из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. – 2016. – № 1. – С. 138–143.
Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки: учебное пособие / А. В. Власов, С. А. Евсюков, С. А. Стебунов, Н. В. Биба, А. А. Шитиков. – Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. – 383 с.
Елагин В. И., Захаров В. В., Дриц М. М. Структура и свойства сплавов системы Al–Zn–Mg. – Mосква : Металлургия, 1982. – 224 с.

Библиографическая ссылка на статью

Improving the Process of Producing Forged Pieces for Power Parts Used in the Aviation Industry / Yu. V. Zamaraeva, А. V. Razinkin, E. I. Buribaev, А. V. Ponomarev, Е. G. Dymshakova // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 6. - P. 65-77. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.6.065-077. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2023-6/2023-6_417.html
(accessed: 21.12.2024).