Учёные СФУ предложили снизить риск трещин в корпусах спутников и самолётов

Учёные Сибирского федерального университета предложили новые технологии изготовления тонкостенных корпусных деталей для самолётов и спутников. Метод учитывает неоднородность свойств алюминиевых сплавов и должен снизить риск появления трещин при гибке и штамповке.

Особенности поведения металла связаны с его кристаллической структурой. Атомы в решётке расположены несимметрично, поэтому расстояния между ними и силы межатомных связей различаются в зависимости от направления. Из-за этого меняются прочность, пластичность и модуль упругости сплава.

Как объяснил заведующий кафедрой обработки металлов давлением СФУ Денис Ворошилов, металлический лист проще согнуть вдоль волокон сплава, но при таком направлении растут внутренние напряжения и вероятность трещин на внешнем радиусе. При гибке поперёк волокон требуется больше усилий, зато риск разрушения ниже, а угол изгиба получается стабильнее.

По этой причине для деталей, которые работают на изгиб, линию деформации обычно располагают поперёк волокон. Однако свойства листа зависят не только от направления гибки, но и от схемы его изготовления. Исследователи СФУ предложили учитывать это на этапе прокатки, а затем применять разработанные способы и устройства для листовой штамповки.

Сплав со скандием для авиации и космоса

Новый подход предназначен для алюминиевых сплавов с добавлением скандия. Такие материалы используют при создании корпусов самолётов и спутников, где важны одновременно малая масса, прочность и устойчивость деталей к нагрузкам.

Учёные рассчитывают, что разные схемы прокатки позволят управлять неравномерностью характеристик сплава 1580 и уменьшить количество бракованных тонкостенных деталей. Это особенно важно при серийном производстве, где дефекты, возникающие во время гибки, приводят к потере уже обработанного материала.

По словам аспиранта кафедры обработки металлов давлением СФУ Марины Ворошиловой, более точный подбор режима прокатки поможет увеличить долю качественных изделий и сэкономить ресурсы. Экономический эффект особенно заметен при работе со сплавами, содержащими дорогие редкоземельные элементы.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и Красноярского краевого фонда науки. В 2024 году СФУ также реализует научно-популярный проект «Сибирское редкоземье. Металлы для жизни» при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.