CC BY
42
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
* i „Л2
s \г s J
а а
= 0,3
(4)
(5)
Уравнения Гибсона-Эшби были получены из простого соотношения напряжений с учетом открытой клеточной структуры под давлением. Эти соотношения также применимы для линейной упругой стадии для большинства пористых материалов при растяжении [3]. Для нелинейной упругой стадии установлено изменение соотношений с учетом значения деформаций и оси вращения для одноосного растяжения [5]:
а E
= 1,1
V v
Ps
е + 3,74
V v
Ps
е + 0,0343
(pp ^ Ps
.(6)
Библиографические ссылки
1. Патент № 2348488. Способ изготовления алюминиевых волокон / Г. Г. Крушенко, В. В. Москви-чев, А. Е. Буров, 2009. Бюл. № 7.
2. Guo He, Ping Liu, Qingbiao Tan. Porous titanium materials with entangled wire structure for load-bearing biomedical applications // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2012. № 5, Issue 1. P. 16-31.
3. Gibson L. J., Ashby M. F. Cellular Solids: Structure and Properties, 2nd edn. UK, Cambridge: Cambridge University Press, 1997. 510p.
4. Warren W. E., Kraynik A. M. The nonlinear elastic behavior of open-cell foams // Appl. Mech. 1991. № 58. P. 1147-1153.
5. Wallach J. C., Gibson L. J. Mechanical behavior of a three- dimensional truss material. // Internat. J. Solids Struct. 2001. № 38. P. 7181-7196.
© Кочкина Г. В., 2013
3
fc
УДК 621.791
А. В. Лецковник, Е. В. Сафонова Научный руководитель - Л. Г. Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШИРИНЫ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ ДИФФУЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ ФТОРОПЛАСТА-4 С МЕТАЛЛАМИ НА ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ
Исследовано влияние ширины переходной зоны диффузионного соединения фторопласта-4 с металлами на прочность неразъемных соединений и определена оптимальная ширина переходной зоны диффузионного соединения фторопласта-4 с металлами, обеспечивающая предел прочности соединения св > 16 МПа.
К неразъемным соединениям фторопласта-4 с металлами, которые применяют в конструкциях ответственных узлов летательных аппаратов и работают в экстремальных условиях, предъявляются повышенные требования к прочности соединений. Предел прочности соединений св должен быть не менее 16 МПа.
Качественные неразъемные соединения фторопла-ста-4 с металлами были получены диффузионной сваркой в вакууме с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК), которая широко применяется для сварки разнородных материалов. В результате диффузии элементов свариваемых материалов в зоне контакта образуется переходная зона, ширина которой влияет на прочность соединения [1].
Целью работы является исследование влияния ширины переходной зоны диффузионного соединения фторопласта-4 с металлами на прочность соединений, а также определение ее оптимального значения.
Для проведения исследований сваривали образцы из фторопласта-4 и сплава алюминия АМг6. Основные параметры процесса сварки выбирались на основании теоретических положений и предварительных экспериментов [1]:
температура сварки Тсв = 633....693 К; сварочное давление Р = 0,5.. .2,5 МПа; частота УЗК fузK = 2 МГц;
интенсивность УЗК 1узк = (1 105.... 3 105) Вт/м2; время озвучивания УЗК тузк = 300...900 с. На этих режимах сваривали образцы-имитаторы, из которых изготавливали микрошлифы. Для выявления переходной зоны их травили в плазме высокочастотного безэлектродного разряда. Микроструктуру диффузионных соединений Ф-4 + АМг6 изучали с помощью оптического микроскопа МИМ-7. Металлографические исследования показали, что в процессе сварки наблюдается переходная зона (см. рисунок), ширина которой зависит от параметров режима процесса сварки. Значительное влияние на ширину переходной зоны оказывает температура сварки, с повышением которой ее величина увеличивается с 11 мкм до 60 мкм. При этом фторопласт-4 проникает в поры, трещины и микронеровности анодной пленки, обеспечивая плотный контакт свариваемых поверхностей.
Повышение давления до 2,5 МПа не оказывает существенного влияния на ширину переходной зоны.
С увеличением интенсивности УЗК и времени озвучивания ширина переходной зоны увеличивается, но при 1узк > 3 105 Вт/м2 и тузк > 600 с наблюдается изменение структуры фторопласта. переходной зоны.
На указанных режимах были также сварены специальные образцы для испытаний на растяжение. Результаты испытаний показали, что при температуре сварки Тсв = 633 К прочность соединения св состав-
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
ляет не более 5 МПа, при этом ширина переходной зоны равна 11 мкм. С увеличением температуры сварки до 673 К прочность соединения повышается до 18 МПа, а ширина переходной зоны достигает 60 мкм.
Микроструктура диффузионного соединения Ф-4 + АМг6
При дальнейшем увеличении температуры сварки прочность соединения начинает снижаться, что можно объяснить частичной термодеструкцией фторопла-ста-4.
Для исследования влияния других параметров режима сварки на прочность соединения температуру сварки образцов принимали равной 673 К.
Сварочное давление Р = 0,5 МПа не обеспечивает плотный физический контакт свариваемых поверхностей, в связи с чем прочность соединений не превышает 5 МПа. С увеличением давления до 1,5 МПа прочность соединения возрастает до 18 МПа, а затем практически не изменяется. При давлении свыше 2,5 МПа наблюдается выдавливание фторопласта из зоны сварки.
Существенное влияние на прочность соединения оказывают УЗК. При озвучивании зоны сварки направленными УЗК частотой 2 МГц интенсивностью 1105 Вт/м2 в течение 600 с прочность соединения составляет 8 МПа. С увеличением интенсивности УЗК до 3 105 Вт/м2 прочность соединений повышается до 18 МПа, а при дальнейшем увеличении интенсивности ухудшаются условия работы УЗ-генератора. При испытании образцов, сваренных диффузионной сваркой на тех же режимах, но без наложения УЗК прочность соединений не превышает 15 МПа. При этом ширина переходной зоны составила 15 мкм.
Сопоставляя результаты испытаний на растяжение и металлографических исследований, можно сделать вывод, что прочность диффузионных соединений Ф-4+АМг6 определяется шириной переходной зоны. Оптимальное значение ширины переходной зоны составляет 40 мкм, при которой максимальная прочность св =18 МПа.
Этому значению ширины соответствуют оптимальные значения параметров режима ДСВ: температура сварки Тсв = 673 К; сварочное давление Р = 1,5 МПа; частота УЗК fузK = 2 МГц; интенсивность УЗК 1узк = 2 105 Вт/м2; время озвучивания УЗК тузк = 600 с.
Библиографические ссылки
1. Диффузионная сварка материалов / под общ. ред. Н. Ф. Казакова. М. : Машиностроение, 1981. 271 с.
2. Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И. и др. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки / под общ. ред. В. А. Бачина. М. : Машиностроение, 1991. 352 с.
© Лецковник А. В., Сафонова Е. В., 2013
УДК 621.791.4
А. Е. Пестов, А. А. Бобоед Научный руководитель - С. В. Прокопьев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ ПРИ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКЕ
Приведены результаты исследований с целью повышения прочности соединения пьезокерамики с металлами при диффузионной сварки.
При диффузионной сварке разнородных материалов, имеющих различные коэффициенты температурного расширения прочность сварного соединения на разрыв, как правило ниже, чем в основном материале. Это объясняется наличием остаточных сварочных деформаций в сварной конструкции.
Известны работы [1; 2] по сварке металло-керамических узлов, где с целью повышения прочности соединения изменялась толщина медной проклад-
ки. В этих работах приведены исследования зависимости толщины медной прокладки от давления сварки. При низких давлениях интенсивность деформации металла, а тем более керамики мала. При этом скорость образования физического контакта и активация контактной поверхности керамики также малы. Образование физического контакта и схватывание происходят не на всей площади соединения. С увеличением давления повышение прочности соединения связано с
