CC BY
3
УДК 621.791
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Россия, г. Казань Kuvshinov N.E. engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ УПРОЧНЯЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Аннотация: В статье рассмотрен новый принцип изготовления изотропных по механическим свойствам металлических композиционных материалов на основе титана и алюминия сваркой взрывом на основе синтеза интерметаллического слоя заданного состава и толщины на границах прочного соединения матрицы и упрочняющего элемента за счёт теплового воздействия на конечной операции изготовления детали или конструкции.
Ключевые слова: композиционный армированный материал, сварка взрывом, интерметаллид, термическая обработка, прочность.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF REINFORCEMENT OF METALLIC COMPOSITE MATERIALS WITH INTERMETALLIC SIMPLE ELEMENTS Abstract: the article describes a new principle of manufacture of isotropic mechanical properties of metallic composite materials based on titanium and aluminum by explosion welding, based on the synthesis of the intermetallic layer of a given composition and thickness on the borders of the strong connection of the matrix and the reinforcing element due to the thermal effects on the final operation of manufacture of a component or construction.
Keywords: fiber-reinforced composite material, explosion welding, intermetallic compound, heat treatment, strength.
В настоящее время в широком спектре отраслей производств используются композиционные материалы с металлической матрицей, армированные металлическими и неметаллическими волокнами, основным недостатком которых является низкая технологичность при формировании изделий и анизотропность механических свойств.
Задачей исследований являлась разработка нового способа изготовления изотропных по механическим свойствам металлических композиционных материалов на основе титана и алюминия сваркой взрывом. Исследования выполнялись за счет средств гранта Российского научного фонда (соглашение № 14-19-00251 от 26 июня 2014 года). В основу разработки новых металлических композиционных материалов положен
принцип синтеза интерметаллического слоя заданного состава и толщины на границах прочного соединения матрицы и упрочняющего элемента за счёт теплового воздействия на заключительной операции изготовления детали или конструкции [1, 2]. С учетом того, что геометрические параметры и конфигурация промежуточного упрочняющего слоя оказывает влияние на характер физико-механических свойств композиционного материала, был проведен анализ схем армирования, в ходе которого было установлено, что наиболее рациональным с точки зрения перераспределения внутренних напряжений в композиционном материале и создания условий для анизотропии свойств является использование перфорированных промежуточных армирующих слоев [3]. целью оценки комплекса механических свойств металлических композиционных материалов системы Ti-Al было выполнено математическое моделирование данного материала в программе Solid Works. На основании результатов компьютерного моделирования металлических композиционных материалов, установлено, что предел прочности металлических композиционных материалов с интерметаллической перфорированной двухслойной прослойкой TiAl3, по сравнению с материалом матрицы, увеличивается на 46 % с обеспечением изотропности.
Целью проверки адекватности использованной математической модели были проведены экспериментальные работы по формированию металлических композиционных материалов сваркой взрывом, которая обеспечивает надежное неразъемное соединение между материалом матрицы (ВТ1-0) и упрочняющими элементами (АМг5М), исключая возможность образования непроваров, краевых дефектов и разрушения упрочняющих элементов. После сварки взрывом композиты сохраняют свои технологические свойства, что позволяет проводить дальнейшие операции по формообразованию из них деталей и конструкций. При получении металлических композиционных материалов сваркой взрывом в качестве базовой схемы армирования использовалась схема с промежуточным упрочняющим слоем с коническими разнонаправленными перфорациями [4].
При исследовании микроструктуры зоны соединения металлических композиционных материалов, полученного сваркой взрывом по разработанной схеме армирования, интерметаллических включений, микротрещин, дефектов сплошности не выявлено.
Для оценки механических свойств металлических композиционных материалов из пластин, полученных на режимах сварки без образования интерметаллидов в зоне сварного шва, вырезали плоские образцы (в соответствии с ГОСТ 1497-84). Полученные значения свойств металлических композиционных материалов сравнивались с данными компьютерного моделирования. Наиболее высокие значения присущи композиционному материалу с коническими разнонаправленными
перфорациями в промежуточном упрочняющем слое. Временное сопротивление на разрыв данных образцов составило 616 МПа.
Следующим этапом формирования свойств металлических композиционных материалов является синтез интерметаллического слоя заданной толщины на границе соединения матрицы и упрочняющего элемента за счёт теплового воздействия, режимы которого выбираются с учетом требования по фазовому составу и объемному содержанию упрочняющих элементов. Интенсивность процесса синтеза зависит от температуры теплового воздействия, толщина образующихся интерметаллических прослоек от времени выдержки, а их состав от направления процессов диффузии.
Испытания на одноосное растяжение МКМ после теплового воздействия и формирования в нем интерметаллических прослоек показали, что прочность МКМ растет с увеличением толщины интерметаллической прослойки, достигая максимального значения при толщине прослойки 100 мкм, что соответствует расчётным значениям, полученным при компьютерном моделировании.
Разработанный принцип синтеза интерметаллического слоя заданного состава и толщины на границах прочного соединения матрицы и упрочняющего элемента за счёт теплового воздействия на конечной операции изготовления детали или конструкции может быть успешно применён при создании МКМ другого состава.
Использованные источники:
1.Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Моделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ. - 2016.- №6 (76). - С. 72-74.
2.Москаленко Н.И., Мисбахов Р.Ш., Ермаков А.М., Гуреев В.М. Моделирование процессов теплообмена и гидродинамики в кожухотрубном теплообменном аппарате. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2014. - № 11-12. - С. 75-80.
3.Misbakhov R.Sh., Moskalenko N.I., Gureev V.M., Ermakov A.M. Heat transfer intensifiers efficiency research by numerical methods. // Life Science Journal. -2015. - Т. 12. № 1S. - С. 9-14.
4.Misbakhov R.Sh., Moskalenko N.I., Gureev V.M., Ermakov A.M. Heat transfer intensifiers efficiency research by numericak methods. // Life Science Journal. 2015. Т. 12. № 1S. С. 9-14.
5.Гибадуллин Р.Р., Цветков А.Н., Мисбахов Р.Ш., Денисова Н.В. Разработка испытательного стенда для электрических машин возвратно-поступательного действия, работающих в тяжелых условиях. // В сборнике: ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Сборник материалов I всероссийской научно-практической конференции. 2014. С. 37.
6.Мисбахов Р.Ш., Москаленко Н.И., Ермаков А.М., Гуреев В.М. Интенсификация теплообмена в теплообменном аппарате с помощью
луночных интенсификаторов. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2014. № 9-10. С. 31-37.
7.Логачёва А.Г., Вафин Ш.И., Мисбахов Р.Ш., Гуреев В.М. Влияние количества фаз статора на нагрев электродвигателя. // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2014. № 3. С. 28-32.
8.Сафин А.Р., Мисбахов Р.Ш., Гуреев В.М. Обоснование рациональной схемы управления тяговым электроприводом трамвая на основе разработки имитационной модели. // Электроника и электрооборудование транспорта. 2014. № 3. С. 19-22.
9.Гуреев В.М., Мисбахов Р.Ш., Гумеров И.Ф. Улучшение экологических и экономических характеристик газопоршневого двигателя камаз 820.20.200 в составе электросиловой установки АП100С-Т400-1Р. // Энергетика Татарстана. 2009. № 2. С. 26-30.
УДК 004.89
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Россия, г. Казань Kuvshinov N.E. engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
ANYLOGIC - УНИВЕРСАЛЬНАЯ СРЕДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Аннотация: В статье рассмотрены основы имитационного моделирования - одного из самых продуктивных методов познания и управления. Дан ознакомительный обзор среды AnyLogic, которая по праву считается мощным универсальным средством моделирования.
Ключевые слова: имитационное моделирование, модель, эксперимент, AnyLogic, многопроходное моделирование, Java.
ANYLOGIC - UNIVERSAL SIMULATION SOFTWARE Abstract: The article covers the basics of simulation modeling - one of the most productive methods of learning and management. There is an introductory overview of the AnyLogic, which is considered a powerful universal simulation tool.
Keywords: simulation modeling, model, experiment, AnyLogic, multi-approach modeling, Java.
С тех пор, как компьютерные технологии вошли в нашу повседневную жизнь, философия, искусство и наука стали смотреть на мир как на целое. Такой подход предполагает изучение объекта как своего рода организма, с учетом взаимодействия и взаимовлияния его структурных частей, выявления
