CC BY
365. Иванов В.А. Математические основы теории автоматического регулирования. -Москва: «Высшая школа», 2007. -400 с.
6. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства.- Москва: «Энергия», 2006. -400 с.
7. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. -Москва: «Энергия», 2006. -400с.
8. Смилянский Г.Л. Справочник проектировщика систем автоматизации управления производством. - Москва: «Машиностроение», 2013. -496 с.
9. Д.Гроп. Методы идентификации систем. перевод с английского Васильева В.А., Лопатина В.И. - Москва: «Мир», 2006. -500 с.
10. Андреев Н.И., Васильев С.К., Захаров В.Н., Коротенин М.М., Лепилов Н.С., Павлов С.Т., Шаталов А.С. Задачник по теории автоматического управления. - Москва: «Энергия», 2005. -496 с.
УДК 621.762.862
COMPOSITE MATERIALS SUCH AS CARBON GRAPHITE-ALUMINUM ALLOY
Gulevsky V.
Ph.D. assistant professor, Volgograd State Technical University
Markina N.
S. lecturer, Volgograd State Technical University
Zatyamin D.
Master, Volgograd State Technical University
Yudin A.
Master, Volgograd State Technical University
Novoseltsev A.
Master, Volgograd State Technical University
Erizhipov A.
Master, Volgograd State Technical University
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ТИПА УГЛЕГРАФИТ - СПЛАВ АЛЮМИНИЯ
Гулевский В.А.
Доцент к.т.н.
Волгоградский государственный технический университет
Маркина Н.В.
Ст. преподаватель
Волгоградский государственный технический университет
Затямин Д.А.
Магистр
Волгоградский государственный технический университет
Юдин А.А.
Магистр
Волгоградский государственный технический университет
Новосельцев А.В.
Магистр
Волгоградский государственный технический университет
Ерижипов А.М.
Магистр
Волгоградский государственный технический университет
Abstract
The article discusses the production of composite products from carbon graphite impregnated with aluminum alloy. The kinetics of filling the open porosity of a graphite graphite with a metal melt is described. The possibility of changing the solubility of the elements of the melt as a result of impregnation under pressure is considered.
Аннотация
В статье рассматривается получение композиционных изделий из углеграфита, пропитанного сплавом алюминия. Описывается кинетика заполнения открытой пористости углеграфита металлическим расплавом. Рассматривается возможность изменения растворимости элементов расплава в результате пропитки под давлением.
Keywords: impregnation, carbon-graphite, matrix alloys, solvability. Ключевые слова: пропитка, углеграфит, матричные сплавы, растворимость.
Введение
Одним из чрезвычайно перспективных направлений в области создания высокоэффективных композитов функционального назначения является разработка композиционных материалов (КМ) на основе пористого углеграфитового каркаса, пропитанного сплавами металлов, обладающих повышенной химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. В таких КМ благоприятно сочетаются свойства каркаса, из углеграфита (повышенные антифрикционные характеристики, устойчивость при высоких температурах, химическая стойкость и т.д.) со свойствами металла (высокая прочность, хорошая электро- и теплопроводность) [1].
В то время как, углеграфитовый каркас обеспечивает повышенные антифрикционные свойства, матричный сплав заметно улучшает физические и механические характеристики материала. Среди прочих матричных сплавов весьма привлекательными с точки зрения технических и технологических возможностей являются алюминиевые сплавы.
Согласно экспертным оценкам композиционные материалы системы «пористый углеграфит -сплавы алюминия» весьма перспективны при использовании их в качестве вкладышей радиальных и упорных подшипников, направляющих втулок, пластин, поршневых колец, щеток токосъемных элементов, элементов торцевых уплотнений в изделиях машиностроения, приборостроения, а также в технологическом оборудовании для химической и нефтеперерабатывающей промышленности [2]
Ведущие производители композиционных материалов "Рингсдорф" (Германия), "Шунк" (Германия), "Морган" (Великобритания) "Мерсен" (Франция), не включают в номенклатуру своей продукции материалы, пропитанные сплавами на основе алюминия, что подтверждается таблицами и проспектами фирм. Однако, перспектива использования указанных композитов очевидна.
Целью данной работы является создание композиционных материалов, расширение функциональных возможностей метода получения композитов за счет увеличения номенклатуры сплавов, используемых в качестве матричных.
Данное исследование посвящено пропитке уг-леграфитовых каркасов расплавом на основе алюминия. Емкость для пропитки была выполнена в виде толстостенного стакана из Стали 45, для пропитки устанавливали пористую заготовку из угле-графита, накрывали его противовсплывным приспособлением и нагревали емкость до 6000С. Одновременно в тигле расплавляли матричный сплав на основе алюминия, нагревая его до температуры 7500С. Затем расплав матричного сплава алюминия заливали в камеру для пропитки, закрывали крышкой и вакуумировали до давления разряжения 0,01 МПа с одновременным воздействием вибрацией (на вибростоле) с выдержкой 15-20 мин при 8000С. Затем доливали расплав матричного сплава с температурой 7500С до верхнего края стояка с появлением на этом обрезе выпуклого мениска матричного расплава на основе алюминия, герметично притирали предварительно нагретую до 950 0С пробку. Заполнение камеры с алюминиевым расплавом позволяет создавать оптимальное давление для пропитки за счёт разницы коэффициентов термического расширения камеры для создания давления и расплава алюминия.
По предложенному способу [7] (был получен КМ углеграфит АГ-1500 - сплав алюминия. Образец углеграфита был выполнен в виде куба со стороной 30 мм, имеющего открытую пористость 15%. Объем углеграфитового каркаса составлял 900 мм3, объем пор в каркасе составлял 135 мм3.
Таким образом, пропитка имеет две стадии на первой происходит частичное заполнение открытых пор пористой заготовки из углеграфита, за счёт давления разряжения и вибрации сплав алюминия заходит в поры углеграфитового каркаса, во второй стадии пропитки за счет положительной разницы коэффициентов термического расширения расплава матричного сплава алюминия по отношению к материалу устройства.
Преимущество пропитки сплавами на основе алюминия: наилучшая возможность повысить прочность, твёрдость, улучшить износостойкость материала. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, хорошими антифрикционными свойствами (рис.1.).
Рисунок 1 Емкость для изготовления композиционного материала с пробкой для герметизации ёмкости: 1 - камера для пропитки, 2 - углеграфитовая заготовка, 3 - сплав алюминия, 4 - противовсплывное приспособление, 5 - крышка, 6 - пробка.
Таблица 1
Металлы Температура, С0
5 10 30 50 100 200 300 400 500 600 800 1000
Al [3] 0,11 0,5 1,04 3,62 12,3 20,2 23,3 24,5 26,2 28,1 32,6 -
Fe [3] 0,017 0,04 0,22 1 5,09 9,96 12 13,2 14,4 15,5 16,5 -
Сталь 45 - - - - 12,4 13 13,4 13,8 14,2 14,6 12 13,8
Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор,
структура КМ оценивалась по результатам металлографических исследований.
Таблица 2
Измеряемый параметр "АГ - 1500", Россия [4,5,7] SIGRI [4,5,7]
графит графит + Al* графит + Al+Pb** графит графит + Al
Плотность, кг/м3 1,78103 2,15103 2,35103 2,10103 2,68103
Прочность, МПа при сжатии при изгибе 80-100 150 150 30-90 115
35-37 60-70 50-60 8-10 -
Твердость, НВ 104 200 200 110 220
Общая пористость, % 20 6 3-5 9-12 3-5
Эффективный радиус пор 0,84 - - 1,73 -
40% заполнения пор; **- 70% заполнения пор
6 /"<0 -1
В качестве сплава был выбран силумин АК12 и алюминиевый сплав АМ4.5Кд (аналог сплава 201 США) он по сравнению с чистым алюминием даже при 100° С имеет коэффициент теплового 25.
Использование в качестве пористого тела угле-графит или керамику позволяет получать композиционные материалы, широко применяемые в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток,
уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения, область использования которых очень разнообразна и включает не только выше перечисленные изделия, но и детали аэрокосмического назначения.
Кроме того, применение метода безгазостат-ной пропитки позволяет значительно снизить себестоимость композиционных материалов за счет использования оборудования из обычных конструкционных материалов. По причине невысокой
стоимости оснастки, можно изготовить большое количество емкостей для пропитки с целью организации серийного или массового производства композитов.
Было замечено, что теоретический выбор поверхностно-активных легирующих элементов позволяет создать пропитывающие сплавы с необходимой прочностью сцепления в межфазном слое, без нанесения барьерных покрытий на внутренние поверхности пор углеграфитового каркаса. При этом сплавы обладают более высокой проникающей способностью, например, жидкотекучесть силуминов высокая и обеспечивает удовлетворительную степень пропитки при невысоком давлении.
Выводы
Пропитка алюминием повышает прочность материалов в 1,6 раза, подобного рода исследования не показывают в ведущих фирмах мира, таких как "Рингсдорф" (Германия), "Шунк" (Германия), "Морган" (Великобритания) "Мерсен" (Франция), выпускающих подобные материалы. В целом, пропитанные углеграфитовые материалы с высокой жидкотекучесть, коррозионной стойкостью являются перспективными материалами для использования в качестве деталей, работающих в агрессивных средах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1 Костиков В.И., Варенков А.Н. Взаимодействие металлических расплавов с углеродными материалами. М.: Металлургия, 1981. 184 с.
2 Матричный сплав для пропитки углеграфи-тового каркаса / В.А. Гулевский [и др.] // Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. - 2009. - № 11 (59). - С. 81-84.
3 Новикова, С.И. Тепловое расширение твердых тел / С.И. Новикова. - Москва : Наука, 1974. -289 с.
4 Применение давления для получения литых композиционных материалов методом пропитки / В. А. Гулевский [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении.- 2010. - №6. - С. 3-8.
5 Гулевский В. А., Мухин Ю. А., Загребин А. Н., Пожарский А. В. Влияние легирующих элементов на смачивание углеграфита медными сплавами // Заготовительные производства в машиностроении, 2009. - №6. - С. 45-48.
6 Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др. Марочник сталей и сплавов. — Машиностроение, 2003. — С. 585. — 784 с.
7 П. м. 135555 РФ, МПК B22F3/26, С22С47/12. Устройство для изготовления композиционного материала / В.А. Гулевский, С.Э. Власов, Н.А. Кида-лов, В.И. Антипов, А.Г. Колмаков, Л.В. Виноградов; ВолгГТУ. - 2013.
ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF CONSTRUCTING A SUBMARINE GAS PIPELINE BETWEEN WEIHAI (CHINA) AND BAENGNYEONGDO ISLAND (REPUBLIC OF KOREA)
Schipachev A.
Professor, Doctor of Engineering, Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg
Lee Donghee PhD candidate of Engineering, Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ СООРУЖЕНИЯ ГАЗОПРОВОДА МЕЖДУ Г.ВЭЙХАЙ (КНР) И ОСТРОВОМ ПЭННЁНДО (РЕСПУБЛИКА КОРЕЯ)
Щипачёв А.М.
Доктор технических наук, Заведующий кафедрой «Транспорта и хранения нефти, и газа» Санкт-Петербургский Горный университет
Ли Донхи
Аспирант, Кафедра «Транспорта и хранения нефти, и газа» Санкт-Петербургский Горный университет
Abstract
This article discusses questions about the analysis of the possibility of constructing a submarine gas pipeline weihai(republic of china) - baengnyeongdo island(republic of korea) through the yellow sea.
The technical proposals for the construction of the gas pipeline adopted in the article comply with the requirements of geological analyzes. Аннотация
В данной статье рассматриваются вопросы об анализе возможности сооружения подводного перехода через желтое море магистрального газопровода г.вэйхай (кнр) - остров пэннёндо (республика корея).
Технические предложения сооружения газопровода, принятые в статье, соответствует требованиям геологического анализа.
Keywords: yellow sea, submarine topgraphy, baengnyeongdo, submarine gas pipeline, pulling method of construction.
Ключевые слова: желтое море, морские рельефы, пэннендо, морской газопровод, укладка методом протягивания.
