CC BY
10
УДК 675.92.027.62
НОВЫЙ СПОСОБ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ С ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Д. С. Фролченков*, И. Н. Кашубский Научный руководитель - Л. А. Оборин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: frolchenkov87@mail.ru
Автор исследует новый способ литья по выплавляемым моделям с герметизацией под давлением, рассматривает особенности данного способа и дает оценку.
Ключевые слова: литье по выплавляемым моделям, герметизация под давлением.
NEW METHOD OF FOUNDING FOR SMELTED MODELS WITH SEALING
UNDER PRESSURE
D. S. Frolchenkov*, I. N. Kashubskiy Scientific supervisor - L. A. Oborin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: frolchenkov87@mail.ru
The author examines the new method of founding for smelted models with sealing under pressure, reviews the features of this method and evaluates them.
Keywords: founding for smelted models, sealing under pressure.
Механические свойства стальных деталей зависят от скорости затвердевания отливок. Скорость затвердевания отливки является комплексным параметром процесса литья, ее конфигурации, размеров, толщины конструктивных элементов, а также теплофизических свойств сплава и формы.
Особенности конструктивного оформления литых деталей в соответствии с их назначением предусматривают наличие тонких стенок, массивных фланцев крепления, каналов и других элементов. В связи с этим не всегда возможно обеспечить достаточное питание всех участков отливки даже при наличии литниковой системы, близкой к оптимальной. Несоблюдение этих условий способствует созданию в процессе кристаллизации тепловых узлов и образованию дефектов в виде усадочных раковин и микрорыхлот, которые приводят к нарушению герметичности и снижению выхода деталей требуемого качества.
В свете современных требований к изделиям одной из важнейших задач при изготовлении деталей методами литья выступает обеспечение их высокой герметичности. Одним из способов обеспечения герметичности деталей является способ нанесения покрытий, способных проникнуть в неплотности литых деталей, методом пайки с использованием порошковых припоев [1].
Проведенные исследования и разработка типового технологического процесса герметизации пайкой литых деталей с микродефектами приводят к получению следующих результатов:
- повышение коррозионной стойкости;
- обеспечение повышенной герметичности;
- улучшение товарного вида;
- устранение поверхностных микродефектов.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
Исследование и разработка процесса нанесения покрытия методом пайки проводились на отливках из материалов ВНЛ-1, ВНЛ-6 с использованием порошкового припоя 5ВА следующего химического состава в %: С (углерод)-0,08; 81 (кремний)-7,75...9,0; Сг (хром)-12...14; W (вольф-рам)-22; В (бор)-0,35...0,5; Бе (железо)-4,6...6,0; 8 (сера)-0,1; N1 (никель)-0,01.
Из существующих способов защиты от окисления поверхности детали при нагреве под пайку для герметизации микродефектов наиболее приемлемым является вакуум. В этом случае создаются оптимальные условия для полного заполнения расплавленным припоем сквозных и несквозных микродефектов.
Для обеспечения условия растекания по поверхности литых деталей на них должны отсутствовать окислы и загрязнения. Этим требованиям в полной мере отвечает принятая в производстве литья обработка поверхности обдувкой металлическим песком и электрокорундом.
При пайке в среде аргона имеются необлуженные участки и капли припоя. При пайке в вакууме (5 10—4 мм рт. ст.) образуется равномерное покрытие без стекания припоя и образования наплывов.
При герметизации в вакууме пассивированных деталей наблюдается картина, аналогичная пайке в аргоне. Рентгеноспектральным анализом установлено взаимодействие с основными легирующими элементами основного металла, что подтверждает получение достаточно качественного соединения между припоем 5М и сплавом ВНЛ-1.
Таким образом, проведенные исследования показали, что обязательным условием для надежной герметизации микродефектов и получения качественного покрытия на детали является полное удаление остатков литейной формы. При наличии механического прогара необходима зачистка механическим способом с последующей пескоструйной обработкой.
Герметизацию пайкой следует проводить в вакууме мм рт. ст. с использова-
нием припоя 5ВА при температуре пайки 1220+10 °С. Время выдержки определяется массой детали и составляет 10.20 мин. При этом не допускается герметизация деталей, прошедших пассивацию. При герметизации сквозных дефектов для повышения надежности следует наносить припой с двух сторон.
Следует обратить внимание на ещё один возможный механизм зарастания раковин. При высокой температуре (около 1300 К) происходит не только диффузия газа, но и диффузия атомов металла по стенкам и через газовую раковину. Это также ускоряет процесс зарастания раковин [2].
Для ВГО (высокотемпературная газостатическая обработка) отливки необходимо создать на поверхности отливки минимальное давление Н2, О2 и N2 чтобы ускорить выведение этих
газов из раковин отливки. В связи с этим рассмотрели и отработали два способа создания атмосферы над отливкой:
- создание высокого вакуума;
- применение высокочистого аргона или гелия.
Результаты исследования показали, что после ВГО микроструктура и химический состав образцов не изменились, а плотность материала, механическая прочность и герметичность изделия повысилась.
Отливку сжали давлением аргона около 200 кг/см2 и получили ощутимый эффект от ВГО.
В процессе экспериментов исследовано влияние ВГО на герметичность и механическую прочность литых корпусных деталей ТНА ракетных двигателей [3].
По результатам металлографического анализа, рентгенографического контроля, испытаний деталей на прочность и герметичность установлено, что устранение микронеплотностей (рыхлот, пор) в отливках, выполненных из сталей ВНЛ-1 и ВНЛ-2, после ВГО составляет более 50 %, а в отливках, изготовленных из сплава ВЖА-14 более 80 %, что способствует повышению механической прочности и герметичности конструкции и обеспечивает высокое качество корпусных деталей и сборочных единиц ТНА ЖРД. Разработанная технология ВГО отливок может найти применение также при использовании других сталей и сплавов в ракетно-космической промышленности и общем турбостроении.
Библиографические ссылки
1. Оборин Л. А. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов : монография. 2-е изд., доп. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 242 с.
2. Оборин Л. А., Чернов Н. М.. Технологические основы процессов изготовления литых деталей для специального машиностроения : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. 348 с.
3. Оборин Л. А., Колмыков В. А., Назаров В. П. Высокотемпературная газостатическая обработка литых корпусных деталей турбонасосных агрегатов. Красноярск, 2012.
© Фролченков Д. С., Кашубский И. Н., 2018
