CC BY
55
Секция «Метрология, стандартизация, сертификация»
УДК 621.762
О. Г. Коренев, Е. В. Сергеева Научный руководитель - С. С. Ивасев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
В работе говорится о применении ультразвуковых колебаний для повышения качества изделий порошковой металлургии. Отмечается, что воздействие ультразвуковых колебаний открывает новые возможности для разработки качественных и экономичных конструкций, в том числе деталей летательных аппаратов.
Особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода изделий является применение исходного сырья в виде порошков. Порошки прессуются (формуются) в изделия заданных размеров и подвергаются термической обработке (спеканию) при температурах ниже температуры плавления основного компонента шихты. Существующая сегодня порошковая технология - это широкая область получения дисперсных тел, применяемых в разнообразных отраслях. Вследствие некоторого внешнего сходства технологии порошковой металлургии с технологией керамического производства, изделия, изготавливаемые методами порошковой металлургии, широко известны также под названием металлокерамических. Металлические порошки открывают новые возможности для разработки более современных и экономичных конструкций.
Сегодня основными потребителями изделий из спеченных материалов являются многие отрасли промышленности. Такие изделия широко применяются в конструкциях механических передач и деталей двигателей, в том числе летательных аппаратов. Если первые детали механизмов, полученные порошковой металлургией, например, втулки и подшипники, появившиеся в 1960-х годах прошлого столетия, имели простую форму, то выпускаемые в настоящее время изделия могут иметь чрезвычайно сложную конфигурацию и отвечать высоким требованиям, которые предъявляются к ним по прочности, износостойкости и надежности.
Целью работы являлось повышение качества деталей, получаемых методами порошковой металлургии. Для изготовления детали типа муфта был выбран диффузионно-легированный порошок Б151а1оу 8Л производства Hбganas [1]. Этот порошок производят на основе губчатого железного порошка марки 8С 100.26, в котором методом легирования введены 1,75 % N1, 1.5 % Си и 0,5 % Мо. Комбинация свойств компонентов состава обеспечивает максимум плотности и прочности. Dista1oy 8Л рекомендуется для достижения значений плотности после однократного прессования до 6,9 г/см3. При добавлении графита может достигаться прочность на растяжение после спекания до 600 МПа. Dista1oy 8Л обеспечивает достижение высокой прочности прессовки. Этот порошок также хорошо подходит для изготовления деталей, требующих термообработки.
Прессовки из порошка Dista1oy 8Л имеют хорошую финишную обрабатываемость, стабильность
размеров в спеченном состоянии и высокую прочность после термообработки. Уровень твердости выше 40 НЯС достигается при содержании углерода 0,6 % и выше. По сравнению с другими порошками на основе железа твердость в спеченном состоянии значительно ниже для Dista1oy 8Л. Это облегчает механическую обработку, но после дополнительной термообработки твердость деталей из Dista1oy 8Л значительно увеличивается.
Для получения требуемой плотности необходимо создать давление в 700 МПл. Для изготовления детали типа муфта необходимо применить пресс с усилием более 300 тонн. Так как производство детали типа муфта не массовое, то использовать данный пресс очень не экономично. Для достижения требуемой прочности получаемой детали, мы заменили данный пресс на менее мощный, но добавили в нашу технологию ультразвуковые колебания.
Известно, что влияние ультразвуковых колебаний в частотном диапазоне 15-100 кГц, передаваемых через оснастку и инструмент и обеспечивающих резонансные колебания частиц порошка может повлиять на улучшение свойств продукции (может привести к повышению характеристик прессуемого изделия) [2] .
Так, плотность прессовок из порошков при условии воздействия ультразвуковых колебаний повышается на 10-12 % при тех же удельных давлениях прессования, что и без применения ультразвука (200-1000 МПа).
По предлагаемой технологии получения детали, одновременно с технологической операцией прессования, на оснастку воздействуют ультразвуковые колебания, которые вызывают колебания структурных частиц металла, близкие к частоте собственных колебаний, что позволяет привести большую долю этих частиц в состояние резонанса. Влияние ультразвука приводит к существенному снижению трения частиц материала между собой и с поверхностями оснастки, более плотной укладке частиц, значительным флук-туациям энергии и образованию избыточной концентрации точечных дефектов и прежде всего вакансий по плоскостям скольжения. Это способствует существенному повышению пластичности, схватыванию и даже свариванию частиц металла между собой и многократному снижению необходимых для протекания процесса удельных затрат энергии. Кроме того увеличение концентрации вакансий приводит к росту вероятности их столкновения в процессе миграции, в результате чего могут образоваться стойкие конфи-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки
гурации вакансионных групп. Образованием подобных несовершенств, способных сохраниться длительное время и оказывать воздействие на диффузионные процессы при последующей операции термической обработки можно объяснить наследственное влияние ультразвуковой обработки [3]. В результате плотность полученных холодным прессованием брикетов и прессованных заготовок достигает до 0,92...0,99 от плотности компактного материала при соотношении высоты изделия к поперечному размеру до 1,3 и выше и равномерной плотности по высоте. На экспериментальных образцах требуемую плотность получили при меньшем давлении, так как использовался гидравлический пресс с номинальным усилием 250 тонн. Для создания ультразвуковых колебаний в работе использовался ультразвуковой генератор УЗГ2-10.
Задача, которая стоит перед нами - это проведение исследовательских работ направленных на повышение качества прессования порошка, снижения удельных усилий и энергетических затрат в целом, повы-
шение стойкости технологической оснастки, повышение эффективности и производительности технологического процесса производства изделий. Несомненные и уникальные достоинства ультразвуковых технологий обеспечивают их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, ориентированных на выпуск конкурентоспособной продукции.
Библиографические ссылки
1. Hoganas Iron and Steel Powders for Sintered Components. Hoganas Handbook for sintered components. 1998. 245 p.
2. Балдев Р., Раджендрон В., Паланичами П. Применение ультразвука. М. : Техносфера, 2006. 579 с.
3. Биронт В. С. Ультразвуковая и термоультразвуковая обработка металлов и сплавов ; КИЦМ. Красноярск, 1973. 170 с.
© Коренев О. Г., Сергеева Е. В., 2014
УДК 629.76
А. К. Косинов Научный руководитель - Л. А. Оборин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГАЗОСТАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Описано преимущество использования высокотемпературной газостатической обработки при изготовлении деталей турбонасосных агрегатов методом литья по выплавляемым моделям.
Корпусные детали турбонасосных агрегатов многих современных ракетных двигателей изготавливаются из высокопрочных сталей методом точного литья по выплавляемым моделям. В связи с высокими температурными и динамическими параметрами рабочей среды к отливкам предъявляются особые требования не только по прочности и тепловой стойкости, но и по герметичности конструкции. Для тонкостенных деталей газового тракта это требование особенно трудновыполнимо, поскольку в материале отливки имеются раковины, рыхлоты, пустоты и другие микронеплотности, снижающие герметичность стенок корпуса в процессе испытаний и эксплуатации двигателя [1].
Уменьшить или исключить образование раковин в изделии в процессе литья не всегда удается. Поэтому применяют различные методы обработки отливок с целью удаления или уменьшения размеров и количества раковин в отлитом изделии. К наиболее эффективным из них относится ВГО - высокотемпературная газостатическая обработка. Основной проблемой литья по выплавляемым моделям является неуправляемость процессом кристаллизации, в следствие чего появляются дефекты изделий. Одним из основных дефектов такого вида литья являются усадочные раковины и рыхлоты, что составляет 43.48 % всех дефектов. ВГО успешно справляется с этой проблемой.
Сущность способа заключается в том, что происходит всестороннее обжатие литой детали газовой средой - высокочистый газ аргон (Р = 200 МПа, Т = 1 280 °С, t = 15 мин) в специальной камере с индуктором. После высокотемпературной газостатической обработки прочностные и пластические характеристики сплавов увеличиваются до 30 %. Остаточная прочность устранялась в процессе ВГО до 60 % от первоначальной. Геометрические размеры изменяются менее, чем указанные в конструкторской документации. Все это способствует повышению механической прочности, герметичности конструкции в целом и обеспечению высокого качества сборочных единиц турбонасосного агрегата [2].
ВГО является финишной операцией при изготовлении литых деталей методом литья по выплавляемым моделям с герметизацией под давлением для турбонасосного агрегата. ВГО обработка отливок способна найти применение также при использовании других сталей и сплавов в ракетно-космической промышленности и общем машиностроении.
Библиографические ссылки
1. Оборин Л. А. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов :
