Современные тенденции использования Powder Injection Molding (PIM) для

фасонных изделий из металлических и керамических порошков»
Bauman Moscow State Technical

University
Department of «Rocket-space composite structures» (SM-13)

Author: Boris I. Semenov, Doctor of science, professor

Moscow, 2018

Matrix Composites», 2006, Springer
«Handbook of metal injection molding», edited by

D.F. Heaney, 2012, Woodhead Publ.

Относительная роль основных конструкционных материалов

3

1998). Для ракет обычные алюминиевые сплавы не обладают требуемой прочностью

и термостойкостью. Сталь и титан не приемлемы с точки зрения массы. MMC предлагают повышенную прочность и жесткость без увеличения веса. Кроме того, повышенная температура воздействует на ракету очень короткой по продолжительности отрезок времени (с момента ее запуска, до момента, когда она встречает цель). Таким образом, MMC рассматриваются в ракетных крыльях и плавниках.

Использование алюмоматричного композита в конструкции ракеты

7

материала, а) изделие; б) лопасть; в) композитная вставка и один

из уровней ее защиты

Изменение конструкции и геометрии шатуна в связи с заменой материала, а) стальной шатун (деталь), б) комбинированный шатун из металла и углепластика (деталь), в) комбинированный шатун (сборочная единица).

Детали, изготовленные из МКМ, армированные частицами

9

and aluminum alloys 20%. By way of contrast, the Boeing

777 consist of 11% composites and 70% aluminum alloys. These composites and aluminum contents as well as contents for other materials used in the construction of both 777 and 787 aircraft (i.e., titanium alloys, steel, and other) are listed in poster №3.

Use of composites in the Boeing 787 Dreamliner

в аэрокосмической промышленности. Первым успешным применением непрерывных армированных волокном MMC

было усиленные борным волокном трубчатые стержни (распорки в каркасе) и элементы фермы ребер средней части фюзеляжа космического челнока. Стойки обеспечивали экономию веса на 45% по сравнению с неармированным алюминием. В телескопе Хаббла, композит на основе алюминиевого сплава и непрерывного углеродного волокна был использован для волноводных штангами из-за его легкого веса, высокого модуля упругости и низкого коэффициента теплового расширения. Материал изготовлен из листового материала с диффузионным соединением и имеет длину 3,6 метра. Стрела требует хорошей жесткости и низкого коэффициента расширения для поддержания положения антенны во время космических маневров. В таблице показаны свойства однонаправленных армированных волокном MMC, используемых в космических применениях.

20

Космические аппараты

*P100 – углеродное волокно.

of the mid fuselage section of the space shuttle (courtesy

of S. Rawal; reprinted with permission from The Minerals, Metals, and Materials Society). The struts provide a weight savings of 45% over unreinforced aluminum.

Carbon fiber reinforced 6061 Al matrix composite used as antenna waveguide/boom on the Hubble Space Telescope (courtesy of S. Rawal; reprinted with permission from The Minerals, Metals, and Materials Society): (a) before integration on the telescope and (b) deployed in space.

21

детали огнестрельного оружия; б) – лопатка двигателя из сплава IN718;

г) – детали эндопротеза из сплава Ti6Al4V; г) – завихритель двигателя из сплава Hastelloy X

25

генерация безопорных поверхностей детали ведет к значительной шероховатости
Шероховатость
поверхностей SLS

- детали

Шероховатость
поверхностей PIM - детали

28

the digital world of Silicon Valley, whereas MIM is linked

to industry. AM connects with creativity, MIM connects with cost reduction and production». «АМ – это для работников цифрового мира специалистов Силиконовой Долины, тогда как MIM – для специалистов промышленности.
АМ там, где творчество и созидание, MIM – там, где решаются вопросы производства и снижения стоимости продукции». PIM-International, Vol.10, N4, 2016.

На фотографии одна из конструкций завихрителя авиационного двигателя, представленных в открытой печати ( 2016-й год), изготовленная специалистами фирмы Alliance MIM SA (Франция). В конкуренции методов АМ (SLS) и MIM, остро протекающей в Европе и США, специалисты фирмы отдали предпочтение MIM технологии. Сложная деталь диаметром 47мм изготовлена из жаропрочного порошкового никелевого сплава Hastelloy X (HX). Потенциально такая деталь могла бы быть изготовлена АМ методом, но возникли сомнения в возможности организации всех поддержек, в гарантиях точности геометрии всех мелких отверстий и стоимости производства. Последнее обстоятельство оказалось самым решающим, поскольку требуемый объем производства составил более 1000 шт/год. Монолитное изделие получено совместным спеканием сборки из 4-х изготовленных отдельно зеленых деталей. В перспективе у фирмы MIM производство лопаток авиационных двигателей из жаропрочных сплавов, которые не могут быть получены традиционным литьем или изготовлены механической обработкой, длиной до 300 мм. Внизу – заключение о перспективах АМ и MIM.

29

фирмы PRATT & WHITNEY
Наземные испытания двигателя PW PW1524G, в

котором
использованы детали, изготовленные PIM и АМ методами

30