Структура и свойства, классификация композиционных материалов. Пути их получения, преимущества и недостатки. Силовые элементы конструкций самолетов. Разработка облегченной конструкции корпуса вентилятора с применением КМ и арамидных тканых материалов.
С развитием авиаций возникали некоторые проблем, и для их решения требовалось разрабатывать новые материалы которые имели высокие свойства, чем традиционные обычные материалы, такие как композитные материалы, удовлетворяющих таким жестким, часто противоречащим друг другу требованиям, как обеспечение минимальной массы конструкций, максимальной прочности, жесткости, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения.
Современная наука о композиционных материалах обязана своему динамичному развитию в течение последних десятилетий главным образом применению композитов в космической технике и самолетостроении. Условия эксплуатации тяжело нагруженных узлов и элементов конструкций разрабатываемых самолетов и космических ракет не позволяют использовать для их изготовления традиционные металлические материалы и композиты. Каждая новая конструкция, обеспечивающая рост технических характеристик, как правило, требует разработки новых композиционных материалов.
В последние десятилетия темпы роста производства композиционных материалов постоянно возрастают. Как правило, стоимость композиционных материалов очень высока, что связано со сложностью технологических процессов их производства, высокой ценой используемых компонентов. Однако следует подчеркнуть возможность экономии при производстве сложных конструкций за счет уменьшения количества технологических разъемов, уменьшения количества деталей, сокращения числа сборочных операций. Трудоемкость производства изделий из композиционных материалов можно снизить в 2 раза по сравнению с металлическими аналогами.
Композиты эффективно конкурируют с такими конструкционными материалами, как алюминий, титан, сталь, вольфрам. К отраслям, активно использующим композиционные материалы и являющимся заказчиками для разработки и производства новых материалов и изделий из них, относятся авиация, космонавтика, наземный транспорт, химическое машиностроение, медицина, спорт, туризм, образование.
Композиты используются для производства автомобилей, самолетов, ракет, судов, яхт, подводных лодок, емкостей для хранения различного рода жидкостей, трубопроводов. Материалы, разработка которых первоначально осуществлялась по заказам военных ведомств, в первую очередь для применения в летательных аппаратах, внедрены во многих отраслях гражданской промышленности.
Преимущества Компазиционных материалов: высокая удельная прочность (прочность 3500 МПА), высокая жесткость (модуль упругости 130...140 - 240 ГПА), высокая износостойкость, высокая усталостная прочность, легкость.
Помимо ряда положительных свойств, указанных выше, композиционные материалы еще имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение и ограничивают применении: токсичность, низкая эксплуатационная технологичность, высокий удельный объем, низкая ударная вязкость, анизотропия.
1. Композиционные материалы
Композиционный материал - конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия [2].
Композиционные материалы (композиты) состоят из химически разнородных компонентов, нерастворимых друг в друге и связанных между собой в результате адгезии. Основой композитов является пластическая матрица, которая связывает наполнители, определяет форму изделия, его монолитность, теплофизические, электра и радиотехнические свойства, герметичность, химическую стойкость, а также распределение напряжений между наполнителями.
В качестве матрицы применяют металлы (алюминий, магний, их сплавы), полимеры (эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, полиамиды), керамические, углеродные материалы.
Наполнители чаще всего играют роль упрочнителей, воспринимают основную долю нагрузки и определяют модуль упругости и твердость композита, а иногда также фрикционные, магнитные, теплофизические и электрические свойства. Наполнителями служат тонкая (диаметром несколько микрометров) проволока из высокопрочной стали, вольфрама, титана, а также стеклянные, полиамидные, углеродные, боридные волокна и волокна на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов) и др.
Содержание упрочнителя в композиционных материалах составляет 20-80 % по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала при сжатии и сдвиге. Свойства упрочнителя определяют прочность.
Композиционные материалы имеют высокую прочность, жесткость, жаропрочность и термическую стабильность. Так, для карбоволокнитов d=650- 1700 МПА, а для бороволокнитов d =900 - 1750 МПА. Плотность композиционных материалов 1,35- 1,8 г/см^3 Композиционные материалы являются весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей как, например авиация космонавтика машиностроения и т. д.
Комп
Введение
С развитием авиаций возникали некоторые проблем, и для их решения требовалось разрабатывать новые материалы которые имели высокие свойства, чем традиционные обычные материалы, такие как композитные материалы, удовлетворяющих таким жестким, часто противоречащим друг другу требованиям, как обеспечение минимальной массы конструкций, максимальной прочности, жесткости, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения.
Современная наука о композиционных материалах обязана своему динамичному развитию в течение последних десятилетий главным образом применению композитов в космической технике и самолетостроении. Условия эксплуатации тяжело нагруженных узлов и элементов конструкций разрабатываемых самолетов и космических ракет не позволяют использовать для их изготовления традиционные металлические материалы и композиты. Каждая новая конструкция, обеспечивающая рост технических характеристик, как правило, требует разработки новых композиционных материалов.
В последние десятилетия темпы роста производства композиционных материалов постоянно возрастают. Как правило, стоимость композиционных материалов очень высока, что связано со сложностью технологических процессов их производства, высокой ценой используемых компонентов. Однако следует подчеркнуть возможность экономии при производстве сложных конструкций за счет уменьшения количества технологических разъемов, уменьшения количества деталей, сокращения числа сборочных операций. Трудоемкость производства изделий из композиционных материалов можно снизить в 2 раза по сравнению с металлическими аналогами.
Композиты эффективно конкурируют с такими конструкционными материалами, как алюминий, титан, сталь, вольфрам. К отраслям, активно использующим композиционные материалы и являющимся заказчиками для разработки и производства новых материалов и изделий из них, относятся авиация, космонавтика, наземный транспорт, химическое машиностроение, медицина, спорт, туризм, образование.
Композиты используются для производства автомобилей, самолетов, ракет, судов, яхт, подводных лодок, емкостей для хранения различного рода жидкостей, трубопроводов. Материалы, разработка которых первоначально осуществлялась по заказам военных ведомств, в первую очередь для применения в летательных аппаратах, внедрены во многих отраслях гражданской промышленности.
Преимущества Компазиционных материалов: высокая удельная прочность (прочность 3500 МПА), высокая жесткость (модуль упругости 130...140 - 240 ГПА), высокая износостойкость, высокая усталостная прочность, легкость.
Помимо ряда положительных свойств, указанных выше, композиционные материалы еще имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение и ограничивают применении: токсичность, низкая эксплуатационная технологичность, высокий удельный объем, низкая ударная вязкость, анизотропия.
1. Композиционные материалы
Композиционный материал - конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия [2].
Композиционные материалы (композиты) состоят из химически разнородных компонентов, нерастворимых друг в друге и связанных между собой в результате адгезии. Основой композитов является пластическая матрица, которая связывает наполнители, определяет форму изделия, его монолитность, теплофизические, электра и радиотехнические свойства, герметичность, химическую стойкость, а также распределение напряжений между наполнителями.
В качестве матрицы применяют металлы (алюминий, магний, их сплавы), полимеры (эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, полиамиды), керамические, углеродные материалы.
Наполнители чаще всего играют роль упрочнителей, воспринимают основную долю нагрузки и определяют модуль упругости и твердость композита, а иногда также фрикционные, магнитные, теплофизические и электрические свойства. Наполнителями служат тонкая (диаметром несколько микрометров) проволока из высокопрочной стали, вольфрама, титана, а также стеклянные, полиамидные, углеродные, боридные волокна и волокна на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов) и др.
Содержание упрочнителя в композиционных материалах составляет 20-80 % по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала при сжатии и сдвиге. Свойства упрочнителя определяют прочность.
Композиционные материалы имеют высокую прочность, жесткость, жаропрочность и термическую стабильность. Так, для карбоволокнитов d=650- 1700 МПА, а для бороволокнитов d =900 - 1750 МПА. Плотность композиционных материалов 1,35- 1,8 г/см^3 Композиционные материалы являются весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей как, например авиация космонавтика машиностроения и т. д.
Композиты получают пропиткой наполнителей матричным раствором, нанесением материала матрицы на волокна плазменным напылением, электрохимическим способом, введением тугоплавких наполнителей в расплавленный материал матрицы, прессованием, спеканием.
1.1 Структура и свойства композиционных материалов
Существующие композиционные материалы можно разделить на три основных класса, отличающиеся микроструктурой: дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами и армированные волокном.
Рис. 1. Микроструктура различных композиционных материалов (сечение поперек армирующих элементов): а - бамбук; б - стеклопластик; в - композит из меди, армированной вольфрамовой проволокой
Все эти материалы представляют собой матрицу из какого-либо вещества или сплава, в которой распределена вторая фаза - обычно более жесткая, чем матрица, которая служит для улучшения того или иного свойства. В основе разделения трех упомянутых классов композиционных материалов лежат особенности их структуры. Для дисперсно-упрочненных композиций характерной является микроструктура, когда в матрице равномерно распределены мельчайшие частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм в количестве от 1 до 15 об.%.
В композициях, упрочненных частицами, размер последних превышает 1 мкм, а содержание - 20- 25 об.%. Для структуры армированно-упрочненных композитов характерны значительная анизодиаме-тричность армирующих волокон - их диаметр колеблется от долей микрона до десятков микрон, а длина - от микрон до непрерывных волокон практически неограниченной длины при содержании от нескольких процентов до 70-80 об.%. В последние годы появился еще один класс композиционных материалов - так называемые нанокомпозиты, структура которых характеризуется включением второй фазы с размерами в несколько нанометров, содержание которой тоже достаточно невелико [3].
Существенное повышение некоторых характеристик, которое является важнейшим преимуществом композиционных материалов, на практике привело в настоящее время к относительно широкому применению лишь двух групп материалов на их основе: высокопрочных и жаростойких. Коснемся их немного подробнее.
Природа упрочняющего эффекта в КМ связана с использованием двух материалов с различными прочностью и модулем. Если говорить об упрочняющей роли компонентов КМ, то в общем виде этот эффект следует связать с появлением в материале поверхности раздела фаз и пограничных слоев, примыкающих к ней. Именно более высокие характеристики материала пограничных слоев обеспечивают рост прочностных показателей материала, и именно по этой причине в дисперсно-упрочненных композитах стремятся к использованию тонкодисперсных жестких компонентов, распределенных в более пластичной матрице. В композициях, упрочненных частицами, их содержание достигает больших значений - 40-50% и более. В такой системе реализация наиболее высоких показателей достигается при условии хорошего контакта (смачивания) на поверхности раздела. Вместе с тем возможность химического взаимодействия на поверхности и в пограничном слое, особенно в условиях эксплуатации, нежелательна, так как это может привести к утрате упрочняющего эффекта.
Для достижения максимального упрочняющего эффекта более прочный компонент должен играть роль усиливающей, упрочняющей структуры. Для этого необходимо, чтобы упрочняющие элементы имели достаточную длину, в этом случае прочность сцепления с матрицей достаточно велика, чтобы они могли выполнить свою основную роль арматуры. Совершенно естественно, что в этом случае наиболее выгодной формой использования армирующей фазы является тонкое волокно: известно, что с уменьшением толщины волокон их прочность заметно возрастает [3].
Как и в случае дисперсно-упрочненных систем, в волокно-армированных композитах наиболее высокие прочностные характеристики реализуются при высоком содержании армирующих волокон - 65-70% и более. Теоретически на примере полимерных композиционных материалов было показано, что максимальное содержание армирующей фазы составляет около 88-90 об.%. Однако применение непрерывных волокон неограниченной длины далеко не всегда возможно с точки зрения технологической - слишком много ответственных изделий изза особенностей геометрии не может быть изготовлено из непрерывных волокон, да и не из всех видов материалов удается изготовить непрерывные волокна достаточно большой длины. Было показано, что существует определенная критическая длина волокна, ниже которой упрочняющий эффект падает. Эта длина зависит от модулей и прочности матрицы и волокна, величины адгезии на поверхности и приблизительно в 20 раз больше диаметра волокна. Экспериментальная проверка расчетов осложнена невозможностью получения материала с одинаковой длиной волокон и их строгой ориентацией изза разрушения волокон в процессе изготовления образцов.
Другое важнейшее направление практического использования КМ - повышение жаропрочности, то есть способности сохранять высокий уровень механических характеристик при повышенных температурах. В этом случае основная опасность, определяющая возможность применения монолитных материалов, - разупрочнение при температурах, значительно уступающих абсолютным температурам плавления (для металлов), или размягчение при температурах, также существенно меньших температуры плавления. Все материалы такого рода могут быть упрочнены волокнами, однако для этого пригодны лишь такие виды волокон, температура плавления которых значительно выше температуры плавления матрицы. Однако и в этом случае далеко не всегда можно использовать комбинацию волокноматрица. Для всех такого рода материалов необходимо учитывать способность к химическому взаимодействию при высоких температурах, величину деформации при разрушении каждого из компонентов, а также величину времени до разрушения или величину относительного удлинения при разрушении каждого из компонентов в процессе жаропрочных испытаний под нагрузкой.
В табл. 1, 2 приведены характеристики различных матричных материалов для получения волоконных композиционных материалов, а также данные о свойствах наиболее употребительных волокон. Следует подчеркнуть, что для жаропрочных материалов в качестве волокон наибольший интерес представляют собой нитевидные кристаллы различного состава и поликристаллические керамические волокна. Наряду с ними широкое применение находят также металлические волокна (проволоки) из сплавов и благородных металлов (рис. 2) [3].
Создание композиционных материалов, армированных нитевидными монокристаллами (“усами”), затруднено необходимостью создания условий для равномерного распределения этих тончайших и весьма хрупких волокон в матрице из металла или керамики.
Рис. 2. Относительная площадь и форма сечений некоторых видов армирующих волокон
При этом нитевидные волокна должны укладываться определенным образом, чтобы не создавались препятствия для реализации прочности каждого из них.
1.2 Пути получения композиционных материалов
Здесь мы вплотную подходим к важнейшей проблеме создания композиционных материалов - технологии получения материала и изделия из него. При этом надо иметь в виду, что в подавляющем большинстве случаев материал как таковой особого интереса не представляет, так как он не может обрабатываться методами механической обработки - это ведет к утрате им или значительной части, или же всех его преимуществ. Поэтому, как правило, создается технология, ориентированная на изготовление определенных типов изделий: корпусов двигателей, турбинных насадок, профилей переменного сечения.
В зависимости от особенностей свойств матричных материалов разработано значительное число различных технологических приемов, позволяющих изготовить достаточно широкий круг изделий. Подробности таких процессов мало освещаются в научной и технической литературе, так как являются плодом длительных исследований и стоят очень дорого, обеспечивая прорыв в развитии наукоемких оборонных отраслей, таких, как аэрокосмическая, производство вооружений, средств обороны и защиты. Описание некоторых технологических приемов получения КМ описано в [3]. Для иллюстрации многообразия используемых подходов укажем лишь важнейшие из них.
Если исходить из предложенной ранее классификации, то следует начать с так называемых нано композитов, в которых содержание одной из фаз составляет от долей до нескольких процентов, а размеры имеют порядок 10-100 нм. Столь малых размеров частиц удается достигнуть главным образом в результате химического выделения (чаще всего восстановления) из их соединений с другими элементами, в частности из металлоорганических производных. Совершенно естественно, что в подобных системах об упрочнении не может быть и речи. Вместе с тем введение таких количеств металлов оказывается достаточным, чтобы существенно изменить важные физические свойства, такие, например, как каталитическая активность в химических реакциях, магнитные и электромагнитные свойства. Ограниченный круг материалов, разработка которых пока еще не вышла за лабораторные рамки, не позволяет привести сведения о практических путях их получения.
К группе дисперсно-упрочненных композиций относятся главным образом материалы на основе металлических матриц, где в качестве дисперсных частиц выступают окислы (например, SIO2, Al2О3 в медной матрице), а также на основе некоторых силикатных матриц. Изза близости формы дисперсных частиц к сферической анизотропии свойств в материалах практически не возникает. Основной механизм упрочняющего действия в таких композиционных материалах связан с повышением сопротивляемости матрицы деформациям под действием нагрузок. Величина возрастания прочностных характеристик относительно невелика. Однако большую ценность этим материалам придает их способность работать при повышенных (по сравнению с металлами) рабочих температурах, превышающих половину абсолютной температуры плавления или фазового превращения. Для композиционных материалов на основе металлических матриц наибольшее распространение получили методы порошковой металлургии, электрохимические, окислением или восстановлением, кристаллизацией из расплава (Мо-ТІС). Некоторые из таких композиционных материалов обладают интересными свойствами. Так, композиционный материал на основе меди и окиси бериллия сохраняет более 80% электрической проводимости при комнатной температуре даже после 2000 ч выдержки при 850° С, будучи при этом более прочным, чем медь и ряд ее сплавов. При восстановлении окиси никеля, содержащего дисперсную двуокись тория (3%), получается материал, известный под названием TD-никель, который обладает значительно более высокой длительной прочностью при температуре 1090° С по сравнению со сверхпрочными сплавами никеля (инконель и хастеллой) [4].
Наиболее многочисленными по количеству и разнообразию свойств являются композиционные материалы, упрочнение которых достигается благодаря использованию частиц или волокон [2, 3]. К первым относятся неорганические порошковые композиции, многочисленные и разнообразные керамические материалы, а также полимерные материалы (термопласты и реактопласты), наполненные разнообразными дисперсными наполнителями (слюдой, тальком, мелом и т.п.). При достаточно высоком содержании дисперсной фазы, достигающем 30-40 об.%, в формировании свойств таких композитов решающее значение приобретают как особенности деформационного поведения каждого из компонентов, так и характер взаимодействия на поверхности раздела фаз. Для изготовления материалов на основе металлических матриц наиболее широкое распространение получили процессы пропитки (Cu-W, Mo-Cu, Ni-Ag), предварительного компактирования смесей порошков с последующим твердофазным (Ag-графит, Cu-Fe) или жидкофазным (W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, Ti-SIC-Ni) спеканием.
В основе получения таких материалов на базе керамических матриц лежит процесс изменения фазового состояния многочисленных систем в результате образования центров кристаллизации и роста кристаллов, роста зерен, твердо- и жидкофазного спекания. Подбором соответствующих условий нагрева, термообработки, отжига можно регулировать изменения структуры и свойств керамических композиционных материалов в широких пределах.
Основные преимущества их связаны с высокими температурами эксплуатации (что характерно для керамики) при одновременном значительном повышении прочностных свойств. Материалы на керамических матрицах готовятся путем смешения компонентов в различных установках с последующим формованием заготовок путем уплотнения, литья и др. Однако важнейшим этапом формирования структуры таких материалов является термическая обработка, часто весьма продолжительная. При использовании полимерных матриц основной путь - это интенсивное смешение в расплаве с последующей грануляцией.
В упрочненных частицами КМ коэффициент возрастания прочности достаточно велик (от 2 до 25), а высокотемпературная стабильность зависит от характера изменения свойств дисперсной фазы при высоких температурах. Как и в случае дисперсно-упрочненных материалов, их свойства, как правило, изотропны; появление анизотропии может быть связано с вытянутой формой частиц некоторых дисперсных материалов [4]. В связи с ростом поверхности раздела в формировании прочностных свойств существенно возрастает роль межфазного взаимодействия. Основной эффект повышения прочности в этих КМ достигается в результате уменьшения способности к пластической деформации относительно более подвижной матрицы, при этом прочность возрастает с уменьшением доли матрицы.
Наиболее обширную и разнообразную по своему составу группу составляют КМ, армированные волокнами. Это объясняется тем, что в композитах этого типа удается реализовать наиболее высокие прочностные и термические характеристики, так как именно использование волокон дает наибольший упрочняющий эффект. Для этой группы КМ и теоретические представления разработаны наиболее полно, и практическая реализация, несмотря на очень значительные технологические трудности, продвинута наиболее существенно.
Не касаясь материалов на основе углеродных матриц, где работы еще только начинают разворачиваться, и полимерных композитов, свойства которых подробно описаны в одной из статей, уже опубликованной в “Соросовском Образовательном Журнале” [4], ограничимся тремя важнейшими видами таких КМ.
К числу наиболее универсальных видов КМ следует отнести армированные волокнами металлы - они позволяют существенно повысить и прочность, и жаростойкость. Для эффективного упрочнения волокно должно быть прочнее и жестче матрицы, которая в этом случае передает нагрузку на более прочное волокно. Используемые для этих целей волокна в значительной степени предопределяют возможные методы получения КМ и изделий из них: керамические волокна и волокна из окислов (усы окислов, боридов, карбидов, нитридов) изза высокой хрупкости не допускают пластического деформирования матрицы, тогда как более пластичные волокна и усы из металлов допускают возможность переформирования заготовок. Изза плохого смачивания металлами и с целью уменьшения опасности преждевременного разрушения керамические волокна и усы иногда покрывают пленкой из металла (через расплав или из газовой фазы). Как уже отмечалось, использование очень тонких волокон и усов позволяет достигать наиболее высоких показателей прочности КМ, однако необходимость предотвращения из разрушения на всех промежуточных стадиях и придания им ориентации создает очень большие трудности в технологическом плане[5].
Как правило, все процессы включают предварительное получение заготовок, которые потом превращаются в изделия или полуфабрикаты путем их опрессовки, прокатки, протяжки через фильеру, диффузионной сварки и др. К числу наиболее освоенных методов их получения относятся пропитка пучков волокон расплавами металлов, электроосаждение (или осаждение из паров), смешение с порошком металла (с последующим прессованием или спеканием) (рис. 3).
Для получения слоистых заготовок иногда волокна (особенно непрерывные) наматывают на оправку, укладывают в специальные канавки в фольге, скрепляют летучим клеем - с последующей горячей прокаткой или прессованием. При этом удается достигнуть высоких значений прочности и работоспособности при повышенных температурах. Так, в композите из серебра с 24% усов Al2О3 предел текучести (162 кг/мм2) в 30 раз превышает предел текучести серебра и в два раза выше этого показателя у других упрочненных материалов на основе серебра. Этот же материал при температуре на 20° С ниже температуры плавления серебра сохраняет прочность 58 кгс/мм2, что соответствует нагрузке на усы в пределах 40-60% их прочности [5].
Рис. 3. Последовательные стадии превращения сферических частиц армирующей фазы в волокна в процессе деформирования (например, при экструзии или прокатке)
В настоящее время описан достаточно широкий круг таких материалов на алюминиевых, титановых, железных, нихромовых и других матрицах с использованием как металлических, так и оксидных армирующих волокон (табл. 3, 4). Для оценки ожидаемой прочности таких КМ широко используется уравнение смесей (о КМ, о ВОЛ, о М - прочности соответственно композиционного материала, волокон, матрицы; ^ВОЛ, VM - объемные доли волокон и матрицы)
° КМ = О ВОЛ ^ВОЛ ° М VM .
Однако это правомерно для случая непрерывных волокон. В случае коротких волокон имеют место отклонения, даже если средняя длина волокон выше критической (обычно l/d > 20). Это связано с недостаточным сцеплением с матрицей, разбросом в длинах волокон, неоднородностью в ориентации волокон. Поэтому даже при l / d = 400 не удается достигнуть прочностных показателей КМ с непрерывными волокнами.
Таблица 3. Свойства некоторых армированных волокнами металлов
МатрицаВолокноСодержание волокна, %Прочность при растяжении, кгс/мм2Прочность/плотность о / р, 10 км
AlSIO247913,75
ALA35112,73,55
Al2О3103,61,17
B1030,11,13
B4С1020,30,76
NiB8268,83,67
AI2 О*19119,71,50
W40112,70,86
AgAI2 О*24162,40,18
Si3О4*1528,00,03
Мо*2067,20,11
CuW77178,50,10
* Короткие волокна или усы.
Таблица 4 - Свойства композиционных материалов с матрицей Ti 6Al 4V, армированных бериллиевой проволокой
Способ получения КМПроволока Композиционный материал
составдиаметрпрочность, кгс/мм2состав волокна в КМпрочность КМ, кгс/мм2модуль Юнга Е х 10“6, кгс/мм2
Горячее вакуумное прессование
проволока листХим. чист.1,565507019,5
проволока и фольгаХим. чист.1,565508121,2
проволока и фольгаМеталл 0,2% ВЕО0,598439418,4
Совместная экструзия и прокаткаТо же0,9560388117,2
Совместная экструзияТо же0,956007718,3
Вторым видом волокно упрочненных КМ с металлической матрицей являются направленно закристаллизованные эвтектические сплавы. При охлаждении жидкостей определенного состава может идти кристаллизация с образованием двух фаз. Если при этом удается создать плоский фронт кристаллизации, то возникает упорядоченная ориентированная микроструктура. Практически это один из путей формирования нитевидных кристаллов (типа усов) непосредственно в матрице. Такие композиты получены, в частности, из меди и хрома, алюминия и никеля, меди и вольфрама. В последнем случае была достигнута прочность 175 кг/мм2. Металлографические исследования показали, что процесс разрушения в таких композитах начинается с разрушения усов - это свидетельствует о высокой прочности связи на поверхности раздела.
Для эвтектического сплава Ni-NBC (11 об.%) средняя прочность волокон 586 кгс/мм2, эти же волокна, выделенные путем растворения матрицы, обладали прочностью 1030 кгс/мм2, что свидетельствует о высоком совершенстве нитевидных кристаллов, формирующихся в процессе направленной кристаллизации эвтектики (рис. 4). К преимуществам таких КМ следует отнести простоту их изготовления - нет необходимости отдельного изготовления усов, исчезают трудности, связанные с их использованием.
Рис. 4. Торец направленно-кристаллизованного эвтектического сплава ТАС-(Со Ni-Cr), протравленный после кристаллизации. Видны монокристаллические нитевидные волокна ТАС
Высокие значения прочности связи на поверхности раздела, отсутствие окисных слоев обеспечивают высокую термическую устойчивость - возможность длительной работы при повышенных температурах. Однако для таких КМ характерно постоянство объемной доли эвтектической фазы, что делает невозможным воздействие на свойства путем изменения состава. Кроме того, для реализации плоского фронта кристаллизации необходимо использовать высокочистые вещества, так как примеси этому препятствуют [5].
Наконец, несколько слов следует сказать о КМ на основе керамики, армированной волокнами. Керамика характеризуется низкой прочностью при растяжении в сочетании с высоким модулем Юнга, низкой ударной вязкостью. При высоких температурах одной из причин выхода из строя изделий из керамики является растрескивание. Это создает большие трудности при армировании ее волокнами, поскольку недостаточное удлинение матрицы препятствует передаче нагрузки на волокно. Поэтому волокна должны иметь еще более высокий модуль, чем матрица. Ассортимент таких волокон ограничен, поэтому в этих целях часто используют металлические волокна. Как и предполагалось, сопротивление растяжению растет при этом незначительно, но существенно повышается сопротивление тепловым ударам. При этом в зависимости от соотношения коэффициента термического расширения матрицы и волокна возможны случаи, когда прочность падает [5].
Материалы такого рода готовятся методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья, когда волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию.
2. Типы композиционных материалов
2.1 Композиционные материалы с металлической матрицей
Композиционные материалы состоят из металлической матрицы чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы [6].
2.2 Композиционные материалы с неметаллической матрицей
Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная. Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ей форму.
Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.
Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.
Содержание упрочнителя в ориентированных материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) - 20-30 об. %. Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность и жесткость композиционного материала. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиги и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.
По виду упрочнителя композиционные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.
В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слои собираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для работы материала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можно создать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала. Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей. Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Упрочнители могут располагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях [6].
Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивление сдвигу по сравнению со слоистыми. Система из четырех нитей строится путем разложения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях. Однако создание четырехнаправленных материалов сложнее, чем трехнаправленных.
3. Классификация композиционных материалов
3.1 Волокнистые композиционные материалы
Композиционные материалы с волокнистым наполнителем (упрочнителем) по механизму армирующего действия делят на дискретные, в которых отношение длинны волокна к диаметру l/d»10е10і, и с непрерывным волокном, в которых l/d»?. Дискретные волокна располагаются в матрице хаотично. Диаметр волокон от долей до сотен микрометров. Чем больше отношение длинны к диаметру волокна, тем выше степень упрочнения [7].
Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму, по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.
Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 - 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости (Е/?) и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жесткость конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости.
Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.
Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные (= 2500е3500 МПА, Е = 38е420 ГПА) и углеродные (= 1400е3500 МПА, Е = 160е450 ГПА) волокна, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модуль упругости. Так, волокна карбида кремния диаметром 100 мкм имеют =2500е3500 МПА, Е = 450 ГПА. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей.
Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана. Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость.
Перспективными упрочнителями для высокопрочных и высокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбида бора и др., имеющие = 15000е28000 МПА и Е = 400е600 ГПА.
В следующей таблице 5 приведены некоторых волокнистых композиционных материалов.
Таблица 5 - Механические свойства композиционных материалов на металлической основе
Материал МПА МПАЕ, ГПА/gЕ/g
Бор-алюминий (ВКА-1А)130060022050084,6
Бор-магний (ВКМ-1)1300500220590100
Алюминий-углерод (ВКУ-1)900300220450100
Алюминий-сталь (КАС-1А)170035011037024,40
Никель-вольфрам (ВКН-1)700150---
Композиционные материалы на металлической основе обладают высокой прочностью (, ) и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность к концентраторам напряжения [7].
Рассмотрим зависимость и Е бороалюминевого композиционного материала от содержания борного волокна вдоль и поперек оси армирования. Чем больше объемное содержание волокон, тем выше , и Е вдоль оси армирования. Однако необходимо учитывать, что матрица может передавать напряжения волокнам только в том случае, когда существует прочная связь на поверхности раздела армирующее волокноматрица. Для предотвращения контакта между волокнами матрица должна полностью окружать все волокна =, что достигается при содержании ее не менее 15-20 %.
Матрица и волокно не должны между собой взаимодействовать (должна отсутствовать взаимная диффузия) при изготовлении и эксплуатации, так как это может привести к понижению прочности композиционного материала.
Анизотропия свойств волокнистых композиционных материалов учитывается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согласования поля сопротивления с полями напряжения.
Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерывными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, доборида титана и оксида алюминия значительно повышает жаропрочность. Особенностью композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во времени с повышением температуры.
Основным недостатком композиционных материалов с одно и двумерным армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого лишены материалы с объемным армированием [7].
3.2 Дисперсно-упрочненные композиционные материалы
В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций. Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5-10 об. %.
Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов и редкоземельных металлов), нерастворяющихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала до 0,9-0,95 Т . В связи с этим такие материалы чаще применяют как жаропрочные.
Дисперсно-упрочненные композиционные
Список литературы
Технический персонал, назначенный для проведения ремонтных работ, должен быть аттестован, аттестацию технического персонала следует проводить (повторять) не реже одного раза в полгода.
При подготовке к устранению конкретного дефекта целесообразно придерживаться следующего порядка действий: а) определить зону повреждения;
б) определить границу повреждения;
в) определить глубину, марку материала или ее состав и тип заполнителя в зоне ремонта. г) подобрать соответствующие методы (приемы) работы;
д) изучить правила безопасного выполнения работы;
е) ознакомиться с технической документацией в части, касающейся устранения данного дефекта и убедиться в полном понимании исполнителем поставленной задачи и знании способов ее решения, для чего составить неоперационные ведомости или технологические карты по всем видам дефектов и использовать их при работе.
- Разделительная пленка неперфорированная (release film non perforated) HCS2108;
- Peel ply;
- Полиэтиленовая пленка (bagging film ) HCS2101 ;
- Клейкая лента (скотч);
- Наждамчная бумага;
- Ткань чистая, сухая, белая;
- Растворитель #646;
- Дистиллированная вода;
Рис.19 Наполнимтели ЕС3524B/А А ЕС 3524B/А-B
Рис. 20 Компьютер для контролирования температуры (марка HCS9000B)
7.6 Технологический процесс К.Р.
Акустическая панель - позволяет обеспечить оптимальное снижение уровня шума, вдоль всей поверхности канала гондолы летательного аппарата.
Композиционный ремонт осуществляется по докуметации (АММ boeing 757-200).
1. Определить лимит повреждения согласно по АММ (aircraft maintenance manual) данного участка. а) если в лимите: ВС допускается к полету, можно оформить отложенный дефект (ADD - Acceptable Deferred Defect), а также заказать слот (время, сколько часов) для устранения дефекта. б) если не в лимите: ВС не допускается к полету , а также необходимо устранить дефект.
2. Для устранение повреждения данного участка необходимо: а) заказать материалы для выполнения работ согласно по документу АММ и SRM (structural repair manual). . б) заказать инструменты согласно по документу АММ и SRM для ремонта данного участка
3. Заказать помещение (ангар) для ВС.
4. Заказать время (слот) для ремонта данного участка.
5.Проверить работоспособность всех необходимых инструментов для ремонта.
6. Проверить срок годности необходимых материалов для ремонта.
7. Определить необходимо ли снятия детали двигателя, для выполнения ремонта согласно АММ.
8. Выполнить ремонт данного участка согласно по АММ и SRM.
9. Проверить подключение (работоспособность) инструментов согласно инструкции.
Загнать самолет в закрытое помещение (ангар);
Снять нужные лопатки с вентилятора для удовства работы по документаций (согласно АММ);
Закрепить оставшиеся лопатки двигателя для безопасности и удобства работы;
Укрыть открытые места за лопаткой вентилятора, что бы не попадала пыль и посторонние предметы вовнутрь двигателя во время работы (Рис. 20)
Подготовить к работе все инструменты и материалы;
Проверить подключение инструментов согласно требованием инструкций;
Удаления старых материалов из зоны дефекта;
а) Обозначить на поверхности агрегата контур вырезаемого участка. Разметку дефектной зоны проводить маркером, фломастером или шариковой ручкой;
б) Провести вырезку дефектной зоны с помощью специального пневматического инструмента;
Рис. 20 Укрытие открытые места за лопаткой вентилятора в) Удалить поврежденный сотовый заполнитель и остатки клея;
г) Удалить пыль и остатки сотового наполнителя вакуумным пылесосом;
Изготовление вставки сотового заполнителя;
а) Обозначить на бумаге контур отверстие в агрегате (наложить плотную бумагу на пробоину и провести штриховку мягким карандашом) и вырезать из бумаги контур отверстия;
б) Из стандартного сотоблока по контуру отверстия вырезать заготовку. Для вырезки сот следует использовать ленточнопильный станок, лобзик, нож, ножовочное полотно, нагретую нихромовую нить или алмазный диск, укрепленный в пневмомашине;
в) Зазор между подготовленной заготовкой и сотовым заполнителем не должен превышать 0,5 - 1 мм. Высота вставки сот должна превышать высоту удаленного заполнителя не менее чем на 3 мм - для подгонки после вклеивания в агрегат;
Рис.21 Сотовый заполнитель
Вклеивания вставки сотового заполнителя;
а) Приготовить клей Loctite ЕА9394 Part А и B б) Нанести клей Loctite ЕА9394 Part А и B шпателем на данную часть дефекта и промазать клеем стенки сотового заполнителя в ремонтируемом агрегате, а также боковые стенки сотового заполнителя;
в) Приготовить наполнимтели ЕС 3524B/А А и ЕС 3524B/А B;
г) Тщательно промазать наполнимтелем поверхность сотового заполнителя шпателем; Рис44 д) Установить сотовый заполнитель. Тщательно заполнить клеем зазоры между вставкой сотового заполнителя и краями дефектной зоны;
Примечание: время проведения операции 5.4.6.1 и 5.4.6.3 не должно превышать 30 минут ввиду быстрого вспенивания клея.
- Разделительная пленка неперфорированная (release film non perforated) HCS2108;
- Грелка (НЕАТ BLANKET 220V, 180 WATTS) HC060060Е52 вместе с Термопамрой (термоэлектрический преобразователь) (thermocouple) HCS2010-01;
- Ткань чистая, сухая, белая (breather/bleeder) HCS2102-10;
- Уложить поверх вставки полиэтиленовую пленку (bagging film ) HCS2101; двухсторонним скотчом для ремонта сотовых Наполнителей (Sealant Tape) HCS2125;
- вакуумный датчик ;
Рис.22 Состав вакуумного мешка (пакет)
Подключить и настроить компьютер. Соединить шланги вакуумного аппарата к вакуумному мешку, термоэлектрический преобразователь и провода к компьютеру. Включить компьютер HCS9200B под настройкой с продолжительностью работы до 2 часов, подогрев с температурой 70 °С [18].
Во время работы постоянно контролировать процесс и устранять ошибки.
После окончания работы снять все использованные материалы и инструменты с поверхности и проверит правильность выполненных работ.
Установить наждачную бумагу на деревянный брусок, провести чистовую обработку поверхности.
Вставить снятые части двигателя обратно.
Проверочная гонка двигателя (прогонка) на стоянке.
Заполнить все требуемые документы самолета после ремонта.
Рис.23 Собранный вакуумный мешок (пакет)
8. Экономическая эффективность применения композиционных материалов
Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства [19].
Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$.
Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.
Технология получения полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов достаточно хорошо отработана.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании и другом [19].
Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры.
Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.).
Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадио-промышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и другое. композиционный самолет вентилятор арамидный
9. Охрана труда и техника безопасности
Охрана труда - это система правовых актов, технических, социально-экономических, организационных, гигиенических, лечебно-профилактических мероприятий и средств, которые обеспечивают благоприятные и безопасные условия труда [19].
Основные положения охраны труда изложены в Законе Республики Казахстан «О труде в Республике Казахстан» и Законе «Об охране труда».
Ряд нормативных данных по охране труда содержится также в постановлениях и распоряжениях Правительства по вопросам охраны труда; в правилах по технике безопасности и производственной санитарии; в системе стандартов безопасности труда; нормах, правилах, положениях, и инструкциях по вопросам охраны труда, утвержденных органами Государственного надзора, министерствами и ведомствами.
Организация работы по охране труда в гражданской авиации и ответственность должностных лиц за ее состояние определяется Положением об организации работы по охране труда на предприятиях, в учреждениях и организациях гражданской авиации.
В соответствии со статьей 8 Закона РК об охране труда, государственный надзор и контроль за соблюдением законодательных и иных нормативных актов по охране труда на территории Республики Казахстан осуществляют: · Государственная инспекция труда;
· Государственный комитет Республики Казахстан по надзору за безопасным ведение работ в промышленности и горному надзору (Госгортехнадзор РК);
· Государственная санитарная инспекция, а также технические инспекции труда профсоюзов.
· Государственная пожарная инспекция;
· Государственная санитарная инспекция, а также технические инспекции труда профсоюзов.
· Охрана труда - это система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда.
· Охрана труда состоит из четырех разделов, в которых рассматриваются общие вопросы труда: · производственная санитария;
· основы техники безопасности;
· основы пожарной безопасности;
· основы взрывной безопасности в гражданской авиации.
Охрана труда на предприятиях гражданской авиации может быть на высоком уровне только тогда, когда строго выполняются трудовое законодательство, приказы, наставления, общесоюзные и отраслевые здоровья работающих [19].
Важнейшее значение имеют при этом активные действия администрации по организации выполнения требований охраны труда, а также трудовая и производственная дисциплина самих работающих.
Инженерная охрана труда включает в себя вопросы производственной санитарии, инженерной безопасности и пожарной профилактики. Производственная санитария объединят задачи обеспечения благоприятного состояния воздушной среды на рабочих местах, их освещения, вентиляции помещений, допустимых уровней излучений (тепловых, электромагнитных, ионизирующих), шума, ультразвука, вибраций. Задачи инженерной безопасности направлены на предупреждение несчастных случаев на производстве. Они решаются на всех этапах создания и эксплуатации авиационной техники. Особое значение обеспечение благоприятных условий труда имеет в сложных эргатических системах, таких, как «экипаж-самолет-служба управления воздушным движением», «операторы - автоматизированные системы управления», и другие. Под воздействием вредных производственных факторов ухудшаются характеристики человека - оператора [19].
В результате этого человеческое звено может оказаться ненадежным в системе «человек-машина», что в ряде случаев может угрожать безопасности полетов. Охрана труда, решая свою основную задачу, заключающуюся в создании безопасных и здоровых условий труда авиационных работников, в значительной мере способствует повышению уровня безопасности полетов [19].
1. Техника безопасности
1.1 К выполнению работ по техническому обслуживанию самолета допускается инженерно-технический состав, изучивший конкретно оборудование определенного типа самолета и имеющий допуск, оформленный в установленном порядке.
1.2К выполнению работ по техническому обслуживанию самолетов допускаются рабочие, прошедшие инструктаж, обучение и проверку знаний по охране труда, пожарной безопасности, оказанию первой медицинской помощи [20].
Повторная проверка знаний по охране труда (инструктаж) проводится не реже 1 раза в 6 месяцев [20].
1.3 Лица, выполняющие техническое обслуживание самолетов "Обязаны проходить предварительные и периодические медицинские осмотры в порядке, установленном в авиакомпании.
1.4 Авиатехники связаны с работой при выполнении которой может возникнуть опасность поражения электрическим током (подключение к сети различных передвижных установок), поэтому относятся к не электротехническому персоналу и им присваивается 1 группа по электробезопасности после ежегодной проверки знаний безопасных методов работы по обслуживаемым установкам. Присвоение группы 1 "Оформляется в специальном журнале" [20].
1.5 При выполнении ТО ВС на работающих могут воздействовать следующие опасные и вредные производственные Факторы: - движущиеся самоходные и перемещаемые вручную машины, механизмы и приспособления для производства работ;
- подвижные незащищенные элементы - рычаги, тяги, вращающиеся валы, крыльчатки вентиляторов, работающие элементы механизации крыла, оперения, шасси;
- выступающие части элементов АИРЭО - антенны, датчики. ОВД. створки шасси;
- разлетающиеся осколки при разрушении сосудов и приборов, работающих под давлением;
- падающие изделия, инструменты и материалы при работе под высокорасположенными частями самолета;
- струи отработавших газов авиадвигателей и предметы попавшие в них;
- истекающие струи газов и жидкостей из сосудов и трубопроводов, работающих под давлением;
- воздушные всасывающие потоки (зона сопел авиадвигателей): - обрушивающийся самолет (с подъемников или при ошибочной уборки шасси);
- разрушающиеся конструкции (бортовые лестницы, стремянки и другое производственное оборудование);
- высоко расположенные части самолета;
- повышенное скольжение (вследствие обледенения, увлажнения и замасливания поверхностей самолетов, трапов, стремянок, лестниц и покрытий мест стоянок по которым перемешается обслуживающий персонал);
- повышенное значение напряжения в электроцепи. замыкание которой может пройти через тело человека;
- повышенный уровень статического электричества;
- воздушные атмосферные потоки (ветер);
- повышенная влажность одежды, обуви;
- острые кромки конструкции и концы контровочной проволоки;
- химические вещества, применяемые при ТО - ЭАФ, канифоль, клей, лаки, краски, герметики, грунтовки;
- горюче-смазочные материалы (бензин, керосин, масла). вредные продукты сгорания топлив, спецжидкости (АМГ-10, НГЖ~5, жидкость "И", присадки к бензину антиобледенительные и промывочные жидкости) проникающие в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожные покровы [20];
- повышенная и пониженная температуры наружного воздуха и поверхностей самолетов;
- повышенный уровень шума при работе двигателей;
- поражение электрическим током при работе с электроагрегатами;
- повышенный уровень электромагнитного излучения при ТО радиооборудования;
- недостаток освещения при выполнении работ в технических и багажных отсеках, гондолах шасси, подпольном пространстве;
- физические неудобства при ТО отдельных систем и агрегатов в труднодоступных местах. [20]
1.6 Соблюдайте правила внутреннего трудового распорядка [20].
1.7 Приступайте к работе при условии, что безопасные способы ее выполнения вам хорошо известны, в сомнительных случаях обращайтесь за разъяснениями к руководители работ.
1.8 На территории аэропорта соблюдайте требования дорожных знаков, разметки аэродрома, а также предупреждающих и запрещающих знаков, надписей. Будьте внимательны к сигналам водителей транспортных средств.
1.9 Соблюдайте правила личной гигиены, содержите в чистоте и исправности спецодежду, средства индивидуальной защиты.
1.10 При работе на высоте, с легко воспламеняющими жидкостями, с грузоподъемными механизмами, со спецжидкостями выполняйте требования инструкций по ОТ для данных видов работ.
1.11 При получении травмы, одним из работающих. примите меры по оказанию первой медицинской помощи, при необходимости сопроводите пострадавшего в санчасть или вызовите скорую медицинскую помощь. О несчастном случае доложите руководителю работ.
1.12 Находясь на рабочем месте соблюдайте требования: - без разрешения начальника смены, участка не оставляйте своего рабочего места и не посещайте без необходимости другие участки и цеха;
- соблюдайте чистоту и порядок на рабочем месте;
- курите только в специально отведенном месте;
- во время работы не отвлекайтесь посторонними делами и не отвлекайте других.
1.13Не прикасайтесь к электрооборудованию, электрораспределительным щиткам, арматуре общего освещения, электропроводам, не открывайте дверцы электрораспределительных шкафов, не снимайте ограждения и защитные кожухи с токоведущих частей оборудования, не пытайтесь сами устранять неисправность электрооборудования [20].
2 Требования безопасности перед началом работы
Перед началом работы: 2.1К процессу технического обслуживания самолетов следует приступать только: - после полной остановки самолета на месте стоянки;
- после полной остановки вращающихся винтов и роторов турбин;
- при установленных упорных колодках под колеса тележек шасси;
- при подключенном Фюзеляже самолета к заземляющему устройству места стоянки самолета [20];
- все переключатели потребителей и источников электроэнергии установлены в исходное положение, определенное технологическими указаниями данного типа самолета.
2.2 Проверьте и приведите в порядок, спецодежду и средства индивидуальной зашиты, снимите с рук предметы украшения, которыми можно залепиться за выступающие части оборудования.
2.3 Перед началом работы осмотрите площадку, где будет расположено оборудование. Место стоянки и площадка должны быть очищены от снега, льда, грязи, мусора, камней, промасленной ветоши, масла.
2.4 Убедитесь, что инструмент исправен и промаркирован, приспособления и КПА прошли метрологическую аттестацию. Убедитесь в исправности необходимых приспособлений и стремянок.
2.5 Проверьте исправность наземного оборудована, моторных подогревателей и их элекгрокабелей.
2.6 Подключение источников электроснабжения к самолету возможно только с разрешения должностного лица, ответственного за обслуживание АИРЭО самолета.
2.7 Перед выполнением работ на двигателе убедитесь в надежной фиксации крышек капотов для предотвращения их самопроизвольного движения и травмирования.
2.8 Убедитесь в наличии средств пожаротушения на рабочем песте, на месте стоянки самолета [20].
3 Требования безопасности во время работы
Во время работы: 3.1 При встрече самолета с ГТД встречавший должен находиться в поле зрения командира экипажа (пилота) на расстоянии не менее 25м от места, остановки самолета.
3.2 После выключения двигателей и остановки винтов на месте стоянки самолет должен быть немедленно заземлен с помощью специального устройства - заземления, а под колеса шасси установлены упорные колодки. Установка колодок под колеса шасси до полной остановки воздушных винтов запрещается.
Трос заземления должен быть припаян к штырю и иметь надежный зажим для крепления к ВС.
3.3 Запрещается устанавливать под шасси упорные колодки, конструкция которых не соответствует предусмотренного для самолетов данного типа и которые не имеют тросов для их уборки.
3.4 Перед выруливанием упорные колодки изпод колес самолета должны быть убраны до запуска двигателей по команде командира экипажа.
3.5 Запуск двигателей может быть начат экипажем только после получения разрешения от авиационного специалиста, выпускающего самолет.
3.6 Подключение аэродромного источника электропитания производить при не вращающихся воздушных винтах. Для отключения аэродромного источника электроэнергии, подходить к самолету и отходить от него необходимо по маршруту, установленному для данного типа воздушного судна [20].
3.7 При работе необходимо пользоваться тем оборудованием, которое предназначено для данного типа самолета. пользуйтесь неисправным, замасленным или покрытым льдом аэродромным оборудованием. Не храните исправное оборудование вместе с исправным.
3.8 При техническом обслуживании ВС надо пользоваться только исправным маркированным инструментом и применять его лишь по прямому назначению. Запрещается работать самодельным и неучтенным личным инструментом.
3.9 Работы на высокорасположенных частях ВС выполнять только на специально предусмотренных стремянках и трапах, приставных, раздвижных и телескопических лестницах для самолетов данного типа, а также использовать предохранительные пояса.
3.10 Запрещается транспортировка изделий (агрегатов) авиатехники и исходных материалов массой более 10 кг внутрь пространства планера или на силовую установку по приставным и бортовым лестницам.
3.11 Спецжидкости и ГСМ должны храниться в закрытой таре. Использованные спецжидкостъ и ветошь должны быть утилизированы после окончания работ в места, специально отведенные для этой цели.
3.12Вводить самолеты в ангар разрешатся не ранее, чем через 20 минут после остановки двигателей с освобожденными от топлива баками (за исключением несливаемого остатка), а из кислородной системы стравлен кислород. После ввода необходимо в течении 10 мин. снять аккумуляторы
3.13В ангарах запрещается: - заправлять самолет топливом и смазочными материалами;
- подогревать двигатели;
- загромождать ворота и проходы;
- хранить имущество и оборудование, не имеющее непосредственного отношения к техническому обслуживанию;
- хранить ГСМ. лакокрасочные матерналы и кислоты (указанные материалы разрешается хранить в специально оборудованных пристройках;
- въезд автомобилей и тягачей, тракторов не имеющих в выхлопных трубах специальных искрогасительных приспособлений ;
- производить газосварочные и электросварочные работы.
3.14Перед открытием и закрытием ворот ангара изучите действующую инструкцию по управлению механизмами створок ворот [20].
Перед включением механизма открытия (закрытия) ворот ангара необходимо: - убедиться в том, что около входных дверей нет людей, двери закрыты, а около ворот нет никакого оборудования. которое мешало бы выполнению указанной работы;
- внешним осмотром проверить состояние лебедок, тросов, цепей, вхождение роликов в верхние направлявшие створок ворот, осмотреть рельсы, по которым движутся секши ворот, при необходимости очистить от грязи, льда, снега и других предметов [21].
3.2 При ТО планера и его систем: 3.2.1 Приспособления (стремянки, подставки, лестницы, трапы) при выполнении работ следует устанавливать так, чтобы отсутствовала необходимость перемещения центра тяжести работающего за пределы рабочей площадки приспособления.
3.2.2 Перед открыванием входных дверей, грузовых, аварийных и других люков на проемы следует установить ограничительные ремни.
3.2.3 При проверке Фюзеляжа самолета на герметичность необходимо: - зону вокруг самолета оградить инвентарными ограждениями на расстоянии 2-3 м;
- установить предупреждающие знаки с надписью "Осторожно!"
"Возможен разлет частей планера!";
- удалить ладей за пределы стоянки;
- скорость нарастания давления должна быть не выше значений, указанных в ТУ для данного типа самолета.
3.2.4 Запрещается класть инструменты и приспособления на обшивку планера.
3.2.5 Монтаж и демонтаж агрегатов и узлов самолета следует производить предварительно выключив напряжение их питания и вывесив на пусковых устройствах запрещающий знак.: "Не включать! Работают люди!".
3.2.6 Во время проверки системы управления самолетом (руля направления, руля высоты, элеронов и стабилизатора). а также во время проверки предкрылков и закрылков необходимо следить за тем. •чтобы вблизи этих органов не находились люди занятые работой и предметы аэродромного оборудование.
3.2.7 При временном прекращении работ внутри Фюзеляжа на все открытые проемы и лежи в полах, дверях, аварийных люках, боковых и потолочных нишах, в багажных, служебных и технических отсеках необходимо устанавливать технологические крыжи, заглушки.
Вскрытый для ТО люк в полу кабины самолета оградите с обеих сторон или выставите дежурного на все время производства работ [20].
3.2.8Для работы внутри топливных баков-кессона назначается начальником цеха (смены) бригада в составе не менее трех человек прошедших целевой инструктаж при работе внутри топливных резервуаров. Бригада выполняет работу только в одной баке и только по карте-наряду. Работ внутри бака выполняется с применением шланговых противогазов, в пневмокостюме, резиновых сапогах, искробезопасные инструментом и светильником.
3.2.9При выполнении работ, связанных с подъемом самолета на гидроподъемниках для подтяжки стыковочных болтов по разъему отъемной части крыла, топливо из топливных баков слить полностью.
Впереди и сзади самолета на расстоянии не менее 5 м. устанавливайте предупреждающий знак с надписью "Осторожно!", "Возможно опрокидывание самолета" [20].
3.3 При техническом обслуживании силовых установок: 3.3.1 Выполнение технического обслуживания силовых установок самолетов проводится в соответствии с требованиями наставлений регламентов, технологических указаний по выполнению регламентов и др.документации. утвержденной в установленном порядке, после охлаждения горячих частей двигателя и его систем.
3.3.2 Во время выполнения работ на двигателе все питание, обеспечивающее запуск двигателя, должно быть выключено.
3.3.3 После промывки двигателя запрещается включение источника электроэнергии самолета без предварительного проветривания двигателя в течении 15 минут и продувки его сжатым воздухом.
Запуск двигателя производится не ранее, чем через 30 минут после окончания промывки.
3.3.4 Перед заменой двигателя проверите исправность грузоподъемного оборудования, приспособлений.
3.3.5 При работах в каналах проточной части двигателя работающий снабжается Фалом для эвакуации из канала в случае необходимости.
3.3.6 При ремонтных работах на высокорасположенных частях силовых установок, (сверление, зачистка, клепка) необходимо пользоваться предохранительными поясами.
Промывка фильтров агрегатов силовых установок на местах стоянки самолетов запрещается.
3.3.7 При монтаже и демонтаже деталей и агрегатов двигателя под двигатель устанавливаются противни, чтобы ГСМ и спецжидкости не попадали на место стоянки и работающих.
3.3.8 Осмотр сопла и турбин двигателей с реверсивными устройствами производится при полностью стравленном давлении гидросистемы управления реверса тяги.
3.3.9 Сварочные работы на силовой установки производятся под личный руководством начальника цеха при наличии наряда-допуска с разрешения лица пожарной охраны.
3.3.10 Запуск и опробование двигателей производится только при наличии на месте запуска средств пожаротушения.
Первый запуск двигателя после его установки на самолете разрешается производить при наличии пожарного автомобиля возле самолета [20].
3.3.11 Регулировочные работы на работающем двигателе запрещаются. Определение места течи агрегатов и систем расположенных на двигателе можно производить при работе двигателя с соблюдением мер безопасности от попадания в зону всасывающей или выходящей струи, а также с применением С.И.З. органов слуха.
3.3.12 Опробование двигателей производится на специально предназначенной гоночной стоянке, которая очищена от снега, гололедных образований и посторонних предметов. Эта стоянка оборудуется специальными устройствами (швартовочными привязями) с упорными колодками.
3.4 При техническом обслуживании шасси
3.4.1 Перед выполнением работ по контрольному подъему самолетов и выпуска шасси необходимо впереди и сзади самолета выставить знак "Внимание! Производится уборка и выпуск шасси!.
3.4.2 Подъем самолета для проверки работы шасси производится под руководством техника-бригадира или инженера.
3.4.3 Во время работ, связанных с уборкой и выпуском шасси, у гондол шасси, на двигателях и самолете не должно быть людей, не связанных с выполнением этой операции. Работы производятся в строгом (соответствии с технологией технического обслуживания. Между лицом, находящимся в кабине самолета и техником, руководящим работами на земле, должна постоянно поддерживаться связь. Лицо, находящееся в кабине, может производить уборку и выпуск шасси только после разрешения техника, руководящего этой операцией на земле [20].
3.4.4 Подъем самолета на подъемники производить без груза на борту и при остатке топлива не более 25% общей емкости баков.
3.4.5 Запрещается применять подъемные механизмы, не имеющие в паспорте отметок о сроке годности механизма, а также надписи (таблички) о допускаемой максимальной грузоподъемности, срока освидетельствования и назначения.
3.4.6 При скорости ветра более 10 м/сек подъем самолета вне ангара не разрешается.
3.4.7 Производить работы под самолетом, установленном на подъемнике, при убранном шасси Запрещается!
3.4.8. При зарядке и разрядке амортизационных стоек у шасси самолета должны находиться только лица, выполняющие эти работы.
3.4.9 При зарядке сжатым газом колес стоек и цилиндра высокого давления применять стандартное приспособление со шлангом, манометром и редуктором с не истекшим очередным испытанием.
3.4.10 При подъеме самолета подъемниками устанавливаются все страховочные приспособления предусмотренные инструкцией.
3.5 При заправке самолета топливом, маслом
3.5.1 Убедиться в наличии и исправности средств пожаротушения на стоянке самолета и заземляющих устройств.
3.5.2 Расположение заправочных средств при заправка ВС обеспечивает заправщик, (авиатехник) согласно требований "Руководства".
Перед заправкой самолет и топливозаправщик заземляются и производится выравнивание их электрических потенциалов [21].
Тросик, топливозаправщика для выравнивания ацентрических потенциалов должен быть соединен с металлической некрашенной частью стойки шасси самолета.
3.5.3 Не допускаются к заправке топливозаправщики с неисправными глушителями, топливопроводами, без цепей и штырей заземления и без огнетушителей.
3.5.4 Заправлять самолет топливом можно не ранее, чем через 5 минут после остановки двигателей и воздушных винтов.
3.5.5 Аэродромный источник электроэнергии должен быть подключен заранее, до начала заправки.
3.5.6При заправке ВС топливом и спецжядкосгями запрещается: выполнять любые виды работ по устранению неисправностей и техническому обслуживанию самолетов и заправочных средств и т.д..
З.6 При зарядке систем ВС сжатыми газами: 3.6.1 Зарядку систем производить с помощью специальных, предназначенных для этих целей приспособлений и приборов. Применять неисправные приборы и приспособления запрещается.
3.6.2 При техническом обслуживании допускается эксплуатация исправных баллонов (сосудов), окрашенных в соответствующий цвет и имеющие надпись указывающий название того газа, который хранится в баллоне [21].
Таблица 4. Цвет окраски баллонов
Наименование окраска Текст надписейЦвет НадписиЦвет полосы
газабаллона
АзотЧернаяАзотЖелтыйКоричневый
АцетиленБелаяАцетиленКрасный*
ВоздухЧерняСж. воздухБелая*
КислородГолубаяКислородЧерная*
УглекислотаЧернаяУглекислотаЖелтый*
3.6.3 При зарядке в/судов воздухом и сжатыми газами от баллонов вентили следует открывать медленно и без рывка. Резко открывать вентили запрещается. Ударять по вентилям и баллонам молотком или другими металлическими предметами запрещается.
3.6.4 Заряжать системы сжатыми газами необходимо двум исполнителям. Один должен находиться у вентиля подачи газа, другой у заряжаемой системы.
3.6.5 При зарядке самолетов сжатым воздухом от баллонов самолетных систем необходимо пользоваться редукторами и приспособлениями предназначенными для данного типа самолета, отрегулированные на требуемое давление [21].
3.7.При буксировке воздушных судов: 3.7.1 Основным условием безопасности буксировки ВС тягачами, при выводе (вводе) из ангара и с мест стоянок является внимательность учавствующих в работе, соблюдение ими требований техники безопасности.
3.7.2 Ответственный за буксировку, за ввод (вывод) ВС из ангара является инженер и авиатехник, который руководит действиями всех должностных лиц участауших в выполнении работ несет "Ответственность за безопасность буксировки".
3.7.3 Ответственный за буксировку самолета (авиатехник, инженер) обязан: - перед началом работы ознакомить людей с правилами безопасности и постоянно контролировать их выполнение;
- распределить работу между исполнителями участвующий в буксировке самолета, напомнить им условия безопасности, а также значения, способы подачи и порядок выполнения команд, сигналов, применяющих при буксировке. Лично подавать команды и сигналы и контролировать соблюдение требований безопасности всеми специалистами, участвующими в работе;
- перед подачей каждой команды, сигнала убедиться в безопасности специалистов, участвующих в буксировке о невозможности повреждения буксируемого ВС [21];
3.7.4.Расстановка лиц, сопровождающих ВС при буксировке, должна соответствовать утвержденным схемам буксировки.
3.7.5.При подготовке к буксировке ВС лицо, руководящее работой должно проверить: - исправность средств связи между техническим составом, экипажем и водителем тягача;
- отсоединение от самолета и уборку из зоны его движения всех средств наземного оборудования, не используемых при буксировке, в том числе бортовой лестницы;
- отсоединение заземлящих устройств;
- закрытие замков, крышек, всех отсеков;
- освобождение всех точек крепления воздушного судна от швартовочных устройств.
3.7.6 Буксировка самолета с неисправной тормозной системой может быть разрешена только как исключение при необходимости эвакуации самолета с ВПП или РЛ.
3.7.7 Использовать неисправные буксировочные приспособления, а также приспособления, не предназначенные для воздушного судна данного типа, запрещается, 3.7.8 Убирать колодки из под колес шасси разрешается после сцепления буксировочного приспособления крюком тягача и расторможения колес воздушного судна. Уборку колодок производит один человек из членов бригады буксировщиков.
Порядок буксировки ВС с учетом особенностей (скорость буксировки, число членов бригады и их размещение около ВС во время буксировки, применение тягача и буксировочных устройств и т.п. определяется ЭД для ВС конкретного типа, инструкцией по буксировке, а также схемой движения ВС и транспорта на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
