Neue Produktionstechnologie für Flugzeugstrukturen hat ihre Stärke erhöht

Wissenschaftler von NUST MISIS haben ein Verfahren zur Herstellung von Verbundteilen für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt, das die Festigkeit der Endprodukte durch eine Kombination aus Lasertechnologien und isostatischem Pressen um 15 % erhöht hat. Die Ergebnisse der Studie wurden in veröffentlicht Das Internationale Journal für fortschrittliche Fertigungstechnologie.

Das Titan-Silizium-Verbundmaterial hat einzigartige mechanische Eigenschaften, die für den Luft- und Landtransport erforderlich sind – hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit. Teile aus solchen Verbundwerkstoffen werden von der Luft- und Raumfahrtindustrie nachgefragt.

Die Eigenschaften dieses Faserverbundwerkstoffs hängen stark von einer ziemlich komplexen Herstellungstechnologie ab, was eine Reihe erheblicher Einschränkungen mit sich bringt. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titan sind die Herstellungsverfahren im flüssigen Zustand für die Herstellung von Titan-Silikon-Verbundwerkstoffen nicht anwendbar.

Das Forschungsteam des NUST MISIS Hybrid Additive Technologies Laboratory bot eine Lösung für das Problem an – einen hybriden Ansatz, der Lasertechnologie und Heißpressen kombiniert.

„Der hybride Ansatz, der Laser-Pulverbettschmelzen und gekapseltes heißisostatisches Pressen kombiniert, wurde für die Ausarbeitung von Verbundteilen angewendet, die aus einer Titanlegierungsmatrix bestehen, die durch Siliziumkarbidfasern verstärkt ist“, sagte Andrey Travyanov, Mitautor der Entwicklung, ein führender Experte von das NUST MISIS Hybrid Additive Technologies Laboratory.

„Das Verfahren geht davon aus, dass die Fasern nach der Herstellung eines einzelnen Elements in der Matrix platziert werden können. Danach könnte das Teil mit der endgültigen Form unter Verwendung der einzelnen Elemente zusammengesetzt werden. Die Konsolidierung des endgültigen Teils kann durch Heißisostatik erfolgen.“ Pressen. Der hohe Druck und die hohe Temperatur induzieren das Schrumpfen der Zwischenräume zwischen Matrix und Faser und fördern das Diffusionsfügen von Matrixelementen. Das weitere Einfügen von Fasern und das Zusammenfügen mehrerer Einzelelemente ermöglicht die Herstellung des Vorformlings mit gleichmäßiger Faserverteilung die Lautstärke.“

Laut den Entwicklern wurde die Machbarkeit des vorgeschlagenen Ansatzes experimentell bestätigt. Als Ergebnis wurden die faserverstärkten Titanlegierungsteile mit einem Faservolumenanteil von 17 % erfolgreich hergestellt. Die Röntgentomographie zeigte das Fehlen von Defekten in dem erhaltenen Teil und einen guten Kontakt zwischen der Matrix und den Fasern.

Tests zum Dreipunktbiegen zeigten, dass das nach der neuen Technologie hergestellte Verbundteil deutlich höhere – bis zu 15 % – Festigkeits- und Steifigkeitsindikatoren aufweist als das Teil aus einer massiven Titanlegierung.

Derzeit arbeitet die wissenschaftliche Gruppe daran, die Technologie zu optimieren und das Spektrum der gefertigten Teile zu erweitern.