CC BY
101
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 539.374
М. В. Резанова Научный руководитель - Г. Г. Крушенко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Описаны механизм образования пористости в отливках из алюминиевых сплавов, меры предупреждения их образования, и способы блокирования их отрицательного воздействия на свойства отливок.
Алюминиевые сплавы широко применяются для получения отливок машиностроительного профиля, включая детали агрегатов авиационной [1] и космической техники [2], вследствие того, что они характеризуются высокими технологическими и механическими свойствами, что гарантирует надежность их работы в сложных условиях эксплуатации, например, в составе топливо-насосных агрегатов ЖРД [3].
В основном с этой целью применяют сплавы на основе системы Al-Si и Al-Mg с легированием их различными упрочняющими добавками [4].
Однако алюминиевые сплавы в процессе их приготовления растворяют водород, содержание которого в жидком металле определяется температурно-времен-ными режимами плавки и обработки расплава средствами, препятствующими насыщению его водородом [5]. Обычно дегазация производится введением в расплав хлорсодержащих соединений, например, MnCl2 или C2Cl6. В результате взаимодействия этих соединений с водородом образуются пары HCl, которые улетучиваются из расплава. Существуют и другие средства, и способы дегазации (прямая продувка хлором или азотом, обработка током, ультразвуком и др.).
Растворенный в жидком металле водород в процессе кристаллизации отливок из узкоинтервальных сплавов (температура от начала до окончания кристаллизации), к которым относятся сплавы системы Al-Si [6] (например, АК9ч, АК7ч и др.), образует в их объеме рассеянную пористость.
Оценка пористости отливок производится в условных баллах (см. таблицу) при изучении рентгеновских пленок, экспонированных с помощью рентгеновского просвечивания при наложении на них, вырезанных из детали-представителя темплетов (плоские образцы). В основном в производство пропускаются отливки с пористостью не больше 1 и 2 баллов, но на деталях, работающих в условиях высоких давлений, пористость не допускается.
Присутствующие в алюминиевых отливках поры уменьшают плотность металла, что приводит к снижению их механических свойств. Например, на сплаве АК9ч (8,0-10,5% Si; 0,17-0,30% Mg; 0,20-0,50% Mg; rem.- Al) нами установлено [7], что при плотности отливок (определяли методом гидростатического взвешивания) р = 2564 кг/м3 временное сопротивление ств = 235 МПа, относительное удлинение 5 = 5,0 %, тогда как при р = 2575 кг/м3, ств повысилось до 260 МПа (на 10,4 %), а 5 - до 5,6 % (на 12,0 %), а при р = 2658 кг/м3 ств повысилось до 275 МПа (на 17,0 %), а 5 - до 8,2 % (на 64,0 %).
Пористость, балл Диаметр пор, мм Количество пор на 1 см2, шт.
1 до 0,1 до 5
2 до 0,1 до 8
до 0,2 до 2
3 до 0,3 до 12
до 0,5 до 3
4 до 0,5 до 14
до 1,0 до 6
5 до 0,5 до 15
до 1,0 до 8
> 1,0 до 2
При литье деталей из сплавов с широким интервалом кристаллизации, к которым относятся сплавы системы Al-Mg [6], (например, АЛ8, АМг10ч и др.), вследствие кристаллизации металла по так называемому «объемному» механизму, отливки оказываются пораженными междендритной усадочной пористостью [8], что снижает их прочностные показатели и герметичность.
На основании предложенной академиком А. А. Боч-варом теории кристаллизации сплавов под давлением им совместно с профессором А. Г. Спасским была разработана и внедрена в производстве технология автоклавного литья деталей авиационных двигателей из алюминиевых сплавов, в результате чего получаются плотные отливки.
Существует технология повышения плотности и уже отлитых деталей, что достигается пропиткой имеющихся в них усадочных пустот различными веществами с последующим их затвердеванием [10].
Библиографические ссылки
1. Starke E. A. Jr., Staley J. T. Application of modern aluminium alloys to aircraft // Progrss in Aerospace Sciences, 1996. Vol. 32. Issue 2-3. P. 131-172.
2. Крушенко Г. Г., Кашубский А. Н. Применение рентгенографии для выявления и заварки дефектов в отливках ответственного назначения из алюминие-во-кремниевых сплавов // Ремонт, восстановление, модернизация. 2010. № 8. С. 47-49.
3. Прочность и ресурс ЖРД/Н. А. Махутов, В. С. Рачук, М. М. Гаденин и др.; под ред. Н. А. Махутова и В. С. Рачука. М. : Наука, 2011. 525 с.
4. Альтман М. Б., Стромская Н. П. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов. М. : Металлургия, 1984. 128 с.
5. Постников Н. С., Мельников А. В., Лебедев В. М. Плавка алюминиевых сплавов. М. : Металлургия, 1971. 152 с.
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
6. Строганов Г. Б. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. М. : Металлургия, 1985. 216 с.
7. Крушенко Г. Г., Василенко З. А. Плотность и механические свойства силуминов, термически обработанных в жидком состоянии // Расплавы. 1988. Т. 2. Вып. 6. С. 67-69.
8. Gunasegaram D. R., Farnsworth D. J., Nguyen T. T. Identification of critical factors affecting shrinkage porosity in permanent mold casting using numerical simula-
tions based on design experiments // Journal of Materials Processing Technology, 2009. Vol. 209. P. 1209-1219.
9. Спасский А. Г. Основы литейного производства. М. : Металлургиздат, 1950.318 с.
10. Castings J. M. Comprehensive structural integrity, 2003. Vol. 1. P. 377-466 (1.18.6.3. Polymer impregnation).
© Резанова М. В., 2012
УДК 535.681.785.5
Д. Д. Рябов, Н. С. Наумкин, А. Б. Шестаков, А. А. Иваненко Научный руководитель - Н. П. Шестаков Сибирский федеральный университет Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭПОКСИДНОГО ПОЛИМЕРА, ПОЛУЧЕННОГО В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА - ОТВЕРДИТЕЛЬ
Работа посвящена исследованию полимерной пленки, которая образуется в результате химической реакции на границе раздела двух несмешанных компонентов: эпоксидиановой смолы ЭД-22, содержащей ускоритель отверждения УП-606/2 в соотношении 100/0,3 и отвердителя - изометилтетрагидрофталивого ангидрида.
Исследование пленки пограничного полимера представляет интерес, так как его структура заведомо неоднородна [1]. С другой стороны известно, что спектр инфракрасного нарушенного полного внутреннего отражения полимера (НПВО) в ИК диапазоне целиком определяется его макромолекулярной структурой [2]. Поэтому, исследуя спектры НПВО пограничного полимера можно выяснить, какие спектральные линии характеризуют неоднородности сетчатой структуры. В работе создана пленка пограничного эпоксидного полимера. Методом ИК спектроскопии исследована ее структура. Показано, что пленка пограничного полимера обладает сильной структурной анизотропией по толщине: дефектность поверхностных слоев уменьшается при приближении к центральному слою. Установлено, что сшивающие слож-ноэфирные связи сетчатой структуры эпоксидного полимера характеризуются интенсивностью линии НПВО 1733 см-1. Разрывы сетчатой структуры связаны со спектральной линией 1710 см-1. При изучении спектров НПВО ЭД-22 и отвердителя было установлено, что эти линии появляются в спектрах НПВО в процессе полимеризации. Следовательно, они принадлежат сетчатой структуре эпоксидного полимера. Поверхность эпоксидного полимера, полученного на границе раздела ЭД-22 и отвердителя обладает максимально дефектной структурой. Поэтому в спектре (НПВО) интенсивность спектральной линии характеризующей разрывы сетчатой структуры достигает максимального значения. Этот экспериментальный факт позволяет заключить, что спектральная линия 1710 см-1 характеризует разрывы сетчатой структуры. Из литературы известно, что в этой спектральной области наблюдаются характеристические валентные колебания С=О группы [3].
Частота валентного колебания карбонильной группы почти полностью определяется числом и ти-
пом окружающих атомов [3]. Поэтому частота колебания группы С=О в структурных фрагментах А и В (рис. 1) отличается.
Соответственно в структурном фрагменте А наблюдается только линия 1733 см-1, а в структурном фрагменте В спектральные линии 1733 см-1 и 1710 см-1.
Валентные колебания группы С=О, в случае частично связанного отвердителя В, проявляются в виде полос 1733 и 1710 см-1. Линия 1710 см-1 принадлежит С=О колебанию в составе карбоксильной группы.
Сшивающий фрагмент
Дефектный фрагмент сетчатой структуры эпоксидного полимера
