CC BY
14
логи в металургй та машинобудуванш.- 2002. - № 1. - 6.
С. 25-28.
3. Тарабин В. В., Цивирко Э. И. Влияние структурных составляющих на механические и жаропрочные свойства сплава Х20Н80, легированного цирконием // Новi ма-терiали i технологи в металургй та машинобудуванш. - 7. 2003. - № 1. - С.32-34.
4. Структура и свойства никелевых сплавов, легированных цирконием / В.В.Тарабин, Н.А.Лысенко, П.Д.Же-манюк, Э.И.Цивирко // Вестник двигателестроения. -
2002. - № 1. - С.165-168. 8.
5. Дослщження штерметалщно! фази в сплавi Х20Н80 з циркошем /.Орлов М.Р, Тарабш В.В., Цивiрко Е.1., Попова М.В. // Металознавство та обробка метаив. - 2003. -№ 4. - С.19-22.
Структура и свойства сплава Х20Н80, легированного цирконием / Н. А. Лысенко, П. Д. Жеманюк, В. А. Ду-шейко, В. В. Клочихин, Э. И. Цивирко // Металловедение и термическая обработка метал лов. - 2001. -№ 10. - С. 18-23.
Патент 39650А, Украша, 7С22С19/05. Жаромщний сплав на основi нжелю / Н. О. Лисенко, В. I. Гусев, П. Д. Жеманюк, В. О. Душейко, Е. I. Цивiрко, I. Д. Биков, В. Г. Клочихш, № 2000116704, заяв. 27.11.2000, опубл. 15.06.2001. Бюл. № 5.
Модифицирование цирконием литейных жаропрочных никелевых сплавов / В. В. Кудин, Н. А. Лысенко, Э. И. Цивирко, Б. В. Долгов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1998. - № 3. - С. 14-17.
0держано17.05.2007.
Легування ткелевих cmaeie 2-3 % (мас.) цирконЮ створюе в них дисперсну голчасту фазу Ni5Zr, яка суттево змiцнюючи металеву матрицю, забезпечуе помiтне покращення фiзико-механiчних i експлуатацшних характеристик вiдповiдального авiацiйного литва. Модиф^вання жаромщних нiкелевих сплавiв цирконiем (0,05-0,25 % мас.) полiпшуе структуру карбiдiв, подрiбнюе макро- та мжро зерно, тдвищуе мiкротвердiсть металево'1 матрицi та помiтно тдвищуе жаромiцнiсть литих деталей ГТД.
Nickel alloys including 2-3 % (mass) of zirconium alloying creates a dispersed needle phase Ni5Zr. The phase essentially strengthens the metal matrix and hence leads to noticeable improvement of physico-mechanical and operational characteristics of responsible aircraft founding. Modification of heat-resistant nickel alloys with zirconium (0.05-0.25 % mass) improves the structure of carbides, grinds macro- and micrograins, increases microhardness of metal matrix and essentially increases high temperature strength of cast GTE parts.
УДК 621.74.045:620.179
Канд. техн. наук В. В. Наумик Национальный технический университет, г. Запорожье
КОНТРОЛЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ОТРАЖЕНИЯ
Разработан метод контроля теплофизических свойств жидкометаллического кристаллизатора в процессе его эксплуатации по изменению отражательной способности образцов алюминия, отобранных после определённого количества проведенных плавок.
В настоящее время для получения литых деталей силовых установок в авиационном и энергетическом машиностроении широко применяется метод высокоскоростной направленной кристаллизации. При этом жаропрочный сплав в вакууме расплавляют и заливают в керамические формы, которые затем погружают в ванну жидкометаллического кристаллизатора, для обеспечения высоких градиентов температур, определяющих формирование направленной макроструктуры отливок.
К расплавам металлов, используемым в качестве жидкометаллического кристаллизатора, предъявляет© В. В. Наумик, 2007
ISSN 1607-6885
ся ряд специальных требований [1]. В производственных условиях среди таких металлов наиболее широкое распространение получил алюминий.
Алюминий, среди аналогичных металлов, отличается относительно невысокой ценой и безвредностью для жаропрочных сплавов в случае попадания в него. Однако при этом расплав алюминия обладает высокой химической активностью по отношению к материалу литейной формы и ванны, в которой он находится. Как правило, ванны применяют чугунные с обмазкой на основе кремнезема.
Изучали качественные показатели образцов алю-
Hoei матерiали i технологи в металургй' та машинобудуванш №2, 2007 29
миния - материала жидкометаллического кристаллизатора после различного количества циклов плавок. Образцы для проведения комплекса исследований отбирали через каждые три плавки вплоть до 39 циклов.
Металлографическими исследованиями установлено, что в результате взаимодействия расплава с материалом керамической формы и обмазкой ванны алюминий загрязнялся кремнийсодержащими включениями. Кроме того, в результате осыпания графитовых нагревателей, расположенных над ванной, в алюминии образовывались карбидные включения.
Основным теплофизическим свойством алюминия - материала жидкометаллического кристаллизатора, определяющим градиенты температур в процессе формирования направленной и монокристаллической структуры отливок, является его теплопроводность.
Как известно, алюминий характеризуется одним из самых высоких коэффициентов теплопроводности среди металлических материалов [2], и загрязнение его какими-либо примесями неизбежно приводит к снижению данного показателя. Таким образом, в процессе эксплуатации жидкометаллический кристаллизатор постепенно теряет свои свойства, что может привести к нарушению условий кристаллизации. Очень важно определить момент, когда необходимо заменить несколько раз использованный материал жидкометаллического кристаллизатора чистым алюминием (99,999 % А1).
Оригинальным расчтено-экспериментальным методом [3] была определена теплопроводность жидкого алюминия при различной температуре после различного количества проведенных циклов плавок. Уточненные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Теплопроводность жидкого алюминия, X, при различной температуре и кратности плавок, п
Прямое измерение теплопроводности - процесс весьма сложный и трудоемкий. Измерение теплопроводности металлов в жидком состоянии еще более сложно, и даже предложенный расчетно-эксперимен-тальный метод вряд ли может широко применяться в производственных условиях. Поэтому был разработан ускоренный метод оценки степени загрязненности, а, следовательно, и снижения теплопроводности алюминия жидкометаллического кристаллизатора по изменению отражательной способности образцов, отобранных после определенного количества циклов проведенных плавок [4].
На опытных образцах алюминия были изготовлены шлифы, после чего с помощью специально разработанной установки был определен их коэффициент отражения монохроматического излучения.
Анализ полученных результатов показал, что коэффициент отражения, Я, с увеличением количества циклов проведенных плавок, п, снижался сначала резко, а затем стремился к стабилизации на некотором уровне (рис. 1).
Математически это изменение может быть описано с помощью следующей степенной зависимости:
Я = 98,119п-°,°164 г = 0,992. (1)
Изучали микроструктуру опытных образцов алюминия после травления в насыщенном водном растворе КОН при температуре 20оС в течение 45 секунд.
На шлифе первого образца, соответствующего чистому алюминию (99,999 % А1) после трех циклов плавок, границы зерен травлением выявить не удалось. На втором образце выявились только отдельные фрагменты границ, загрязненные образовавшимися включениями. После девяти циклов проведенных плавок, по мере увеличения загрязненности жидкометалличес-кого кристаллизатора, эффект травления еще усилился, и только на четвертом образце, после 12 циклов плавок на шлифе выявилась достаточно четкая картина границ зерен алюминия - материала жидкометал-лического кристаллизатора.
Количество циклов, п
п Теплопроводность, X , Вт/м К, при температуре, оС
700 800 900 1000 1100 1200
3 69,2 65,7 62,5 59,6 57,1 54,7
6 59,8 56,8 54,1 51,6 49,4 47,4
9 54,3 51,6 49,2 47,0 45,0 43,2
12 50,4 47,9 45,7 43,6 41,8 40,1
15 47,4 45,0 42,9 41,1 39,3 37,8
18 44,9 42,7 40,7 38,9 37,3 35,9
21 42,8 40,7 38,8 37,1 35,6 34,2
24 41,0 39,0 37,2 35,6 34,2 32,8
27 39,4 37,5 35,8 34,2 32,9 31,6
30 38,0 36,1 34,5 33,0 31,7 30,5
33 36,7 34,9 33,3 31,9 30,6 29,5
36 35,5 33,8 32,3 31,0 29,7 28,6
39 34,4 32,8 31,3 30,0 28,2 27,7
Рис. 1. Зависимость отражательной способности нетравленых шлифов алюминия жидкометаллического кристаллизатора от количества циклов проведенных плавок
Далее, по мере повышения кратности переплава, степень загрязненности алюминия увеличивалась, и границы зерен вытравливались все более четкими и широкими (рис. 2).
п=6
Определили коэффициенты отражения опытных образцов алюминия после травления.
Отражательная способность алюминия изменялась соответственно степени проявления эффекта травления. После девяти циклов проведенных плавок наблюдалось скачкообразное снижение данного показателя (рис. 3).
15 18 21 24 27 30 33 36 39 Количество циклов, п
Рис. 3. Зависимость отражательной способности травленых шлифов алюминия жидкометаллического кристаллизатора от количества циклов проведенных плавок
п = 12
1 ----Т III'III Ж1 - ' ГГ1— -' -лжг
^■ I— ¡ни- л" ш I - и ■«■ н '■л:*-- ■ ■
п = 24
■ь^'^ь-- I" ^.»вгзгл+мк- ■' ■и>ав<же
-п-г 1 » 11 ЖЕ.I II ^
^т ^ ~ , «чнесл > мвдв.7»*
>! ~МГ~ Т7 ТРИ---1| • I 11Г~» Г I — ТГ —" Т - "
.Ой 41 ■ ! I I I 1Ш I I ■-
- ^Г »Л. -ТС
ь3.-ли к* т-; Чг ЬЯкИИвЧЬгЛ» „
-Ъы^ЯМ ЛайII »1 !■ Л»Ч1*«
¿Г ' АЯ " • .¿г
* аДВТ Ь ? 'га ¡Г-Г? .
, нняпвкя
^■ ь-"7»1 1—111 I М ■" I М| ||| ^Пр-
п = 39
Рис. 2. Микроструктура образцов алюминия жидкометал-лического кристаллизатора после различного количества циклов проведенных плавок, п
Математически это изменение может быть описано с помощью следующей степенной зависимости:
Я = 105,81-п"0,1436 г = 0,944. (2)
Анализ полученных результатов показывает, что в процессе эксплуатации жидкометаллического кристаллизатора происходит его существенное загрязнение различными примесями, приводящее к снижению теплопроводности алюминия. Наиболее резкое изменения теплофизических свойств жидкометаллического кристаллизатора происходит в течение первых 10-12 циклов плавок. Далее показатели алюминия стремятся к стабилизации на определенном уровне.
Зафиксировано соответствующее снижение отражательной способности опытных образцов алюминия, отобранных от ванны жидкометаллического кристаллизатора после определенного количества циклов плавок, проведенных по методу высокоскоростной направленной кристаллизации. Причем достаточной чувствительностью к степени загрязненности алюминия обладает измерение коэффициента отражения уже на нетравленых шлифах.
Таким образом, данный метод может быть рекомендован для оперативного контроля степени загрязненности, а, следовательно, и уровня теплофизичес-ких свойств жидкометаллического кристаллизатора в процессе его эксплуатации при получении отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурой.
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2007
31
Перечень ссылок
Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / Р. Е. Шалин, И. Л. Светлов, Е. Б. Качанов и др. - М.: Машиностроение, 1997. - 336 с.
Свойства элементов. Часть 1. Физические свойства. Под ред. чл.-корр. АН УССР Самсонова Г.В. - М.:Метал-лургия. - 1976. - 600 с.
Наумик В. В. Изменение теплофизических свойств жид-кометаллического кристаллизатора в процессе его эксплуатации при вакуумном литье жаропрочных сплавов.// Проблеми трибологй. - 2006. - №1. - С. 31-35. Ускоренный метод контроля загрязненности жидкометал-лического кристаллизатора / Наумик В. В., Бялик Г. А. // Вюник двигунобудування. - 2006. - №4. - С.123-125.
Одержано 1.06.2007
Розроблено метод контролю теплофгзичних властивостей рiдкометалевого кристалiзатора в процесi його експлуатацИ по змтенню вiддзеркалювання зразюв алюмiнiю, що були вiдiбранi тсля певно'1 ^bm^i проведених
The method of liquid metal crystallizer thermal properties control during exploitation due to change of reflective ability of aluminium samples selected after certain quantity of carried out melts is developed.
УДК 621.922.079:678
Д-р техн. наук О. А. Розенберг, А. А. Шульженко, С. В. Сохань, В. В. Возный,
канд. техн. наук А. Н. Соколов Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля, г. Киев
ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ САПФИРА НА ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ, ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА
Приведены результаты исследований влияния анизотропии сапфира на иммунологические, трибологические и прочностные характеристики материала. Показано, что вследствие анизотропии свойств первый скол образца сапфира при его сжатии происходит в зависимости от выбранного кристаллографического направления при напряжениях сжатия от 0,30 ГПа до 0,12 ГПа.
На сегодняшний день эндопротезирование тазобедренного сустава стало рутинной операцией. Во всем мире миллионы людей живут с искусственными суставами. По мере того, как увеличивается количество имплантированных эндопротезов, а также продолжительность их эксплуатации, насущным становится решение проблемы переносимости имплантатов, функционирование которых связано с возникновением механических напряжений и износом.
Многие авторы отмечают, что организм человека представляет собой агрессивную среду с различными значениями рН, особенно после травм и оперативных вмешательств, и многочисленные имплантируемые материалы не могут бесконечно оставаться хорошо переносимыми организмом. Коррозия, напряжения и процессы химической деградации, возникающие вследствие воздействия на эндопротез жидкостей и тканей организма, не только изменяют свойства имп-лантата - образующиеся продукты могут быть токсичными. Все это, в свою очередь, может спровоцировать
возникновение реакции отторжения имплантата. По сравнению с полимерами металлические сплавы обладают лучшей переносимостью, но не защищены от микрокоррозии [1-2]. Такая микрокоррозия есть не что иное, как стремление каждого из компонентов сплава путем окисления вернуться в свое первоначальное состояние. К этому можно добавить и коррозию, возникающую в результате напряжений. Эта коррозия способствует развитию трещин и переломов имплантатов и ускоряет появление усталостных переломов металлов. Действие этих и других факторов также вносит свой вклад в постоянную потребность в искусственных суставах.
Кроме вопроса долговременной переносимости имплантатов, существует и проблема соединения материал имплантата - кость. Идеальный имплантат в случае эндопротезирования должен обладать теми же свойствами, которые присущи истинному суставному сочленению, и в принципе позволять, по крайней мере, в большинстве случаев, производить пересадку толь-
© О. А. Розенберг, А. А. Шульженко, С. В. Сохань, В. В. Возный, А. Н. Соколов, 2007
32
