Российские учёные придумали способ уменьшить брак и сэкономить металл при изготовлении ракет и самолётов
21 октября 2026 г. | наука
Работа посвящена деталям из алюминиевого сплава, легированного редкоземельными металлами и поддержана Российским научным фондом и Красноярским краевым фондом науки.
В стратегически важных отраслях — машиностроении, авиа- и ракетостроении, энергетике и нефтегазовом секторе — к критически важным деталям и высоконагруженным узлам предъявляются строжайшие требования по точности размеров, а также механическим свойствам и эксплуатационным характеристикам. Для производства подобных изделий принципиально важен учёт так называемой анизотропии механических свойств листового проката. Механизм анизотропии определяет качество и долговечность сложнейших конструкций.
Анизотропия металла — это зависимость его свойств (механических, физических, химических) от направления измерения. Металл может вести себя по-разному в разных плоскостях и вдоль различных осей своей кристаллической решётки. Дело в том, что атомы в кристаллической решётке располагаются упорядочено, но несимметрично. Из-за этого в разных кристаллографических направлениях расстояния между атомами, а значит силы межатомных связей различаются. Значит и свойства металла, зависящие от кристаллической решётки, — прочность, пластичность, модуль упругости — будут разными.
Если гнуть металлический лист вдоль волокон, металл будет пластичнее и потребует меньшего усилия, но его внутренние напряжения будут выше, а риск трещин на внешнем радиусе вырастет. А вот согнуть лист поперёк волокон будет сложнее, однако риск трещин на внешнем радиусе окажется ниже, а угол изгиба получится более стабильным. Трещины легче возникнут вдоль волокон, чем поперёк. Поэтому у деталей, работающих на изгиб или вибрацию, линию изгиба традиционно делают поперёк волокон, чтобы снизить риск разрушения.
«Механические свойства листов для холодной штамповки неизбежно анизотропны, отличаются в различных направлениях, что связано с химическим составом сплавов и технологией их получения. Эта особенность исходного материала напрямую влияет на деформацию, нагрузки и качество конечной продукции, получаемой обработкой давлением. В частности, для алюминиевых сплавов характерно формирование в прокате кристаллической структуры, ориентация которой далеко не всегда является оптимальной», — рассказал руководитель проекта, доктор технических наук, заведующий кафедрой обработки металлов давлением СФУ Денис Ворошилов.
Учёный подчеркнул: несмотря на то, что исследования анизотропии свойств различных сплавов ведутся достаточно давно различными коллективами отечественных и зарубежных учёных, влияние анизотропии на получение листоштампованных деталей по разработанным новым способам имеет критическое значение и ранее не исследовалось. Результаты полученных в СФУ исследований будут использованы при разработке новых способов получения тонкостенных деталей из алюминиевых листов на отечественном производстве и повышения их эффективности.
«При глубокой деформации алюминиевого сплава 1580, содержащего в своём составе скандий, по толщине листа возрастает риск разрушения заготовки. Это приводит к браку: искажению геометрии, неравномерной толщине стенок и появлению фестонов — волнистых выступов металла. Решение проблемы — управление анизотропией листового материала. Заданная анизотропия пластичности делает деформацию оптимальной и увеличивает возможности заготовки во время вытяжки, гибки и штамповки, одновременно улучшая качество деталей. Именно поэтому так важно исследовать анизотропию механических свойств этого сплава. Сейчас мы анализируем характеристики листовых полуфабрикатов из этого сплава, изготовленных по различным схемам прокатки, и ищем пути усовершенствования процесса», — сообщила исполнитель проекта, аспирант кафедры обработки металлов давлением СФУ Марина Ворошилова.
Предложенный учёными подход поможет решить производственную задачу по оптимизации листовой штамповки и увеличению выхода годного металла. Брак при производстве деталей, имеющих заданную толщину и механические свойства, будет минимизирован. Сочетание различных схем прокатки с инновационными методами штамповки обеспечит высокоэффективный выпуск тонкостенных изделий из алюминиевого сплава 1580.
Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 26-19-20014, за счёт целевого финансирования (гранта) Красноярского краевого фонда науки.
