CC BY
15
УДК 621.55.13.17 Г.Г. Крушенко
Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ образования пористости В АЛЮМИНИЕВЫХ ОТЛИВКАХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Алюминиевые литейные сплавы широко применяются для получения отливок машиностроительного профиля, включая корпусные детали силовых агрегатов космической техники [1], вследствие того, что эти сплавы характеризуются, высокими технологическими, и механическими свойствами, что гарантирует надежность их работы в сложно-нагруженных условиях, например, в составе турбо-насосных агрегатов ЖРД [2].
В основном с этой целью применяют сплавы на основе системы Л1^ и Al-Mg с легированием их различными упрочняющими добавками [3].
Однако известно, что алюминиевые сплавы в процессе их приготовления в той или иной степени растворяют водород, содержание которого зависит от температурновременных режимов плавки и от обработки расплава средствами, препятствующими насыщению его водородом [4]. Обычно дегазация производится введением в расплав хлорсодержащих соединений. Существуют и другие средства, и способы уменьшения содержания водорода в расплаве (прямая продувка хлором или азотом, обработка током, ультразвуком и др.). Эффективный способ повышения плотности отливок заключается в создании направленной кристаллизации металла в форме [5].
Растворенный в жидком металле водород в процессе кристаллизации отливок, получаемых из алюминиевых сплавов с узким интервалом кристаллизации (температура от начала до окончания кристаллизации - от линии ликвидуса до линии солидуса, к которым относятся сплавы системы Al-Si в интервале содержания кремния от 8,0 до 11,5% (например, сплавы АК9ч, АК7ч и др.), образует в их объеме рассеянную пористость.
Оценка пористости отливок производится в условных баллах (Таблица 1) при изучении рентгеновских пленок, экспонированных с помощью рентгеновского просвечивания при наложении на них, вырезанных из детали-представителя темплетов. В основном в производст-
150
во пропускаются отливки с пористостью не больше 1 и 2 баллов, но на деталях, работающих в условиях высоких давлений, пористость вообще не допускается. Установлено, что плотность отливок из узкоинтервальных алюминиевых сплавов отражает наличие в них не-сплошностей, и их количество и величина влияют на уровень механических свойств литых деталей.
Присутствующие в алюминиевых отливках поры уменьшают плотность металла, что приводит к снижению их механических свойств [6]. Например, на сплаве АК9ч (8,0-10,5% Si;
0,17-0,30% Mg; 0,20-0,50% Mg; rem.- Л1) нами установлено [7], что при плотности отливок (определяли методом гидростатического взвешивания) р = 2564 кг/м3 временное сопротивление ав = 235 МПа, относительное удлинение 5 = 5,0%, тогда как при р = 2575 кг/м3, ав повысилось до 260 МПа (на 10,4%), а 5 - до 5,6% (на 12,0%), а при р = 2658 кг/м3 ав повысилось до 275 МПа (на 17,0%), а 5 - до 8,2% (на 64,0%).
Таблица 1
[Пористость, балл Диаметр пор, мм 2 Количество пор на 1 см , 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, в интервале содержания магния от 6,0 до 10,5% вследствие кристаллизации металла по так называемому «объемному» механизму, отливки оказываются пораженными междендритной усадочной пористостью (Рис. 3), что снижает их прочностные показатели и герметичность. Этот дефект обычно возникает при медленной скорости кристаллизации сплава, например, при литье в песчано-глинистые формы. При этом в усадочные пустоты выделяется и растворенный в расплаве водород.
На основании предложенной академиком А.А. Бочваром 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 [8]. Давление на жидкий металл в процессе кристаллизации усиливает питание расплавом затвердевающих междендритных пустот, в результате чего получаются плотные отливки, механические свойства которых и герметичность удовлетворяют требованиям технической документации.
Библиографический список
1. Крушенко, Г. Г. Применение рентгенографии для выявления и заварки дефектов в отливках ответственного назначения из алюминиево-кремниевых сплавов / Г. Г. Крушенко,
А. Н. Кашубский // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2010. - № 8. - С. 47-49.
151
2. Прочность и ресурс ЖРД / Н. А. Махутов [и др.] ; под ред. Н. А. Махутова, В. С. Ра-чука. - М. : Наука, 2011. - 525 с.
3. Альтман, М. Б. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов /
М. Б. Альтман, Н. П. Стромская. - М. : Металлургия, 1984. - 128 с.
4. Постников, Н. С. Плавка алюминиевых сплавов / Н. С. Постников, А. В. Мельников,
B. М. Лебедев. - М. : Металлургия, 1971. - 152 с.
5. Крушенко, Г. Г. Автоматическое регулирование охлаждения литейной металличе-
ской формы / Г. Г. Крушенко // Проблемы машиностроения и автоматизации. -2008. -№ 4. -
C. 105-106.
6. Porosity reduction and mechanical properties in die engine blocks / M. A. Irfan [and ot.] // Materials science and engineering, 15 February - 2012. - Vol. A 535. - P. 108-114.
7. Крушенко, Г. Г. Плотность и механические свойства силуминов, термически обработанных в жидком состоянии / Г. Г. Крушенко, З. А. Василенко // Расплавы. - 1988. - Т. 2, Вып. 6. - С. 67-69.
8. Спасский, А. Г. Основы литейного производства / А. Г. Спасский. - М. : Металлург-издат, 1950. - 318 с.
