CC BY
102
Секция
«ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 621.762
В. А. Ардамин, К. К. Цау Научный руководитель - Г. Г. Крушенко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПЕНОАЛЮМИНИЙ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
Описана технология изготовления пеноалюминия.
Ультралегковесные пенометаллы (ПМ), особенно получаемые из алюминиевых сплавов являются привлекательным перспективным материалом для широкого круга промышленных предприятий, включая автомобильную, авиационную и аэрокосмическую отрасли [1; 2], благодаря наличию у этих материалов оптимальной комбинации таких свойств, как низкая плотность, высокий коэффициент энергопоглощения, хорошая термическая стабильность и высокая демпфирующая способность. Подробный, часто цитируемый обзор по ПМ, приведен в работе [3].
Существует несколько методов изготовления ПМ [4], из которых основными являются жидкофазный и твердофазный методы, причем жидкофазный получил наибольшее применение благодаря своей экономичности и производительности.
Классическая жидкофазная технология получения ПМ заключается в выполнении следующих операций [4]:
1) расплавление металла;
2) формирование в объеме расплава газовой среды прямым введением газа, либо посредством выделения газа из порофоров (порофор - порообразова-тель, вспенивающее вещество, обеспечивающее создание в материале пор), замешиваемых в расплаве;
3) получение вспененной массы и дальнейшая ее обработка (обработка давлением, термическая обработка и др.).
В качестве порофоров используются кальцит CaCO3 и гидрид титана TiH2 [5]. Основными их различиями является температура разложения и выделяющийся при разложении газ, а также образующаяся структура материала. Нами был выбран кальцит, поскольку он обладает рядом преимуществ перед гидридом титана: недефицитность кальцита, простоту получения порошка и более высокие температуры его разложения, что упрощает технологию изготовления пены требуемой пористости.
В настоящей работе приведена технология получения пеноалюминия с использованием CaCO3, которая заключалась в следующем. После расплавлении в печи сопротивления СНОЛ 1,6.2,5.1/9-И3 в шамотно-графитовом тигле алюминия марки А7 и доведения его температуры до 800 °С, тигель извлекали из печи, и на зеркало металла засыпали 5 масс. % (от массы алюминия) порошка кальцита, при его одновременном механическом перемешивании. Затем тигель снова помещали в печь и выдерживали его 10 мин при
800 °С, после чего тигель вновь извлекали из печи и перемешивали расплав в течение 3-х мин., после чего тигель помещали в печь и выдерживали расплав 15 мин при 850 °С. По окончании приведенного цикла тигель со вспененным алюминием удаляли из печи и пеноалюминий удаляли из тигля.
На рис. 1, а, б приведены фотографии одного из типичных образцов. Преобладает сферическая форма пор и их размеры находятся в диапазоне 0,5... 10 мм, и они равномерно распределены по объему металла. Образец имеет кажущуюся плотность 0,83 г/см3, пористость 70 %, предел прочности на сжатие составляет 3,8-4,2 МПа.
б
Рис. 1. Пеноалюминий, полученный в настоящей работе: а - поперечное сечение (Х 2); б - типичный вид пористости - пора 0 ~1,5 мм (Х 10)
Для сравнения на рис. 2. приведены фотографии образцов сплава АМг6, вспененного 1,5 масс. % гидрида титана ТШ2 (размер частиц ~3 мкм.), полученных после обработки в планетарной мельнице в течение: а) 30; б) 60 и в) 120 мин. после вспенивания со скоростью нагрева 100 °С/мин [6].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Рис. 2. Структура образцов из алюминиево-магниевого сплава АМг6 + 1,5 масс. % гидрида титана TiH2.
Библиографические ссылки
1. Baumeister J., Banhart J., Weber M. Aluminium foams for transport industry // Materials & Design. 1997. Vol. 18. № 4. P. 217-220.
2. Claar T. D., Yu C-J., Hall I., Banhart J., Baumeister J., Weber M., Seeliger W. Ultralightweight aluminium foam materials for automotive applications // International journal of powder metallurgy. 2000. Vol. 36. № 6. P. 61-73.
3. Davies G. J.; Zhen S. Review Metallic Foams: Their Production Properties and Applications // Journal of Material Science; 1983. Vol. 18. № 7. Р. 1899-1911.
4. Banhart J. Manufacture, characterization and application of cellular metals and metal foams // Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46. Issue 6. P. 559-632.
5. Gergely V., Curranv D. C., Clyne T. W. Advanced in the melt route production of closed cell aluminum foams using gas-generating agents // Global Symposium on Materials Processing & Manufacturing Processing & Properties of Lightweight Cellular Metals & Structures / TMS annual meeting - Seattle, Washington, USA, 17-21 February, 2002.
6. Иванов Д. А., Аксенов А. А., Иванов А. А. Исследование и моделирование пеноалюминия, полученного из вторичного алюминиевого сырья методом механического легирования // Известия вузов. Цветная металлургия. 2007. № 6. С. 56-61.
© Ардамин В. А., Цау К. К., Крушенко Г. Г., 2011
а
б
в
УДК 629.782.519.711
С. Н. Бардинова Научный руководитель - В. Ф. Безъязычный Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П. А. Соловьева, Рыбинск
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК КВД
Описывается проблема ремонта лопаток ротора КВД и предлагается метод ремонта с целью повышения качества, надежности и уменьшения стоимости ремонта.
Для повышения эффективности ремонта газотурбинных двигателей большое значение имеет увеличение послеремонтного ресурса лопаток за счет упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием (ППД) поверхности пера, в частности дробеструйным методом обработки, позволяющей регулировать свойства поверхностного слоя.
Несмотря на широкое применение упрочняющих методов обработки, ремонтное производство сталкивается с затруднениями в количественной оценке режимов обработки. Назначаемые технологические процессы основываются на опыте, которые не всегда приводят к наилучшим результатам.
Важность расчета технологического процесса упрочнения дробеструйного метода вызвана тем, что при данном методе обработки принцип назначения больших пластических деформаций не оправдан. Возрастание упругого сопротивления материалов и увеличение благоприятно ориентированных остаточных напряжений на поверхности детали при изгибе и кру-
чении наблюдаются с ростом деформаций, при этом происходит возрастание невыгодно ориентированных напряжений в глубине сечений.
Аналитически учесть все факторы, влияющие на формирование напряженно-деформированного состояния поверхностных слоев сложно. Изменяя режимы ППД (скорость обрабатывающих тел, интенсивность воздушного потока, угол атаки, диаметр сопла, расстояние от сопла до детали) можно управлять параметрами шероховатости, наклепа и остаточных напряжений с учетом структуры материала, масштабного фактора и концентрации напряжений. Разработка основ расчета с требуемой точностью для практического использования является одной из актуальных проблем теории и практики ППД.
Автором были проведены работы по определению интенсивности (т. е. значения высоты дуги прогиба, выраженного в 1/100 мм.) и величины охвата при дробеструйной обработке. В качестве образцов использовали стальные пластины размером 20*75*2 мм.
