УЛУЧШЕНИЕ ТЕХПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСА РУЛЕВОЙ МАШИНЫ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.763

УЛУЧШЕНИЕ ТЕХПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСА РУЛЕВОЙ МАШИНЫ

А. Г. Речка1, Г. Г. Крушенко2, Ю. А. Ярославцева1, А. Д. Хламцов1, В. В. Двирный1

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 44

E-mail: a.r4k@yandex.ru

Предложен способ улучшения техпроцесса изготовления корпуса рулевой машины путём модификации сплава при помощи нанопорошков. Рассмотрены различные способы введения на-нопорошков в расплав, сделана предварительная оценка возможного повышения механических свойств изделия и снижения его массы.

Ключевые слова: модификация алюминиевых сплавов, нанопорошки, изделие РКТ.

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING CASING OF THE STEERING MACHINE

A. G. Rechka1, G. G. Krushenko2, Y. A. Yaroslavtseva1, A. D. Khlamtsov1, V. V. Dvirny1

1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Institute of Computational Modeling of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences 50, Akademgorodok, build. 44, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation

E-mail: a.r4k@yandex.ru

A method for improving the manufacturing process of the casing of a steering machine by modifying an alloy using nanopowders is proposed. Various methods for injecting nanopowders into the melt are considered, a preliminary assessment is made of the possible increase in the mechanical properties of the product and the reduction of its mass.

Keywords: modification of aluminum alloys, nanopowders, rocket and space technology.

Для управление вектором тяги в ЖРД путем поворота камеры сгорания, поворота выхлопных патрубков турбины, поворота сопла, использования газовых рулей, или с помощью кольцевого дефлектора необходимо наличие приводов различного типа [1]. Представленный на рис. 1 корпус рулевой машины, изготавливаемый из сплава АМг6 является базовой деталью такого привода. Для достижения наименьшей массы необходимо улучшение механических свойств. Полученные традиционными методами легирования алюминиевые сплавы почти достигли своего предела прочности. Дальнейшее улучшение их свойств возможно за счёт добавления нанораз-мерных дисперсных частиц другой фазы.

При жидкофазном методе модифицирования прямое введение нанопорошков в расплав осложнено, поэтому необходима их предварительная подготовка, заключающаяся в плакировании их поверхности металлическими пленками [2].

В работах [2; 3] предложена следующая технология введения модификаторов: смесь алюминиевого сплава (гранулы, стружка, сечка) с нанопорошками помещается в алюминиевый контейнер, перемешивается, затем из контейнера отпрессовывают модифицирующий пруток (рис. 2), который помещается в расплав.

Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

В работе [2] по данной технологии был модифицирован различными ультрадисперсными порошками (УДП) ряд сплавов алюминия. Испытания образцов во всех случаях показали увеличение предела текучести, временного сопротивления, относительного удлинения при разрыве, и уменьшения размера зерна.

%0

223

Рис. 1. Общий вид корпуса рулевой машины

Рис. 2. Схема технологии изготовления модифицирующего прутка, содержащего наночастицы [2]

В работе [4] была разработана технология «прямого» введения НП в жидкий сплав. Использовали кокиль с плоскостью волновода ультразвукового генератора УЗГ-10 в качестве дна. Перед заливкой сплава на дно насыпали до 0,15 % от массы отливки НП ТаК, от начала заливки до затвердевания в сплаве возбуждали ультразвуковые колебания (УЗК) порядка / = 18 кГц при амплитуде порядка 20 мкм. Воздействие УЗК привело к росту ав, и 5 соответственно на 23,8 % и в 7,2 раза, и увеличению НВ до 649 МПа (на 1,5 %).

В [5] при литье слитков диаметром из сплава АМг6 с введением прутка, содержащего НП ВК", в кристаллизатор под струю металла было установлено, что средняя величина зерна уменьшается с 0,322 мм2 до 0,146 мм2 (в 2,2 раза), НП 81С - до 0,123 мм2 (в 2,6 раза), и НП ТаК -до 0,078 мм2 (в 4,1 раза). Отпрессованные из данных слитков прутки показали повышение ав на 9,4 % - до 384 МПа. ав = 350 МПа для стандартных отожжённых прутков и поковок.

Толщина стенки для тонкостенного цилиндра [6]:

Ру • й

5 =-у-,

2,3 ]-Ру

где Ру - условное давление, МПа; а - предел выносливости, МПа; й - внутренний диаметр гидроцилиндра.

Относительное возможное изменение толщины стенки:

Д = | 51 -11-100 % =

(

2,3 Н-Ру

2,3 Ь ]-РУ

Л

-1

-100 %,

где и а - толщина стенки и ав для модифицированного сплава соответственно. При Ру = 5 МПа:

(О "2 Н ^ ^

При Ру = 15 МПа:

Д =

Д =

2,3 [350] — 5 2,3 [384]- 5

-100 % = -8,9 %.

2,3[350]-15 ' 2,3 [384]-15

100 % = -9 %.

Масса полого цилиндра т = пр5/(й + 5) = пр5/й + пр/52 = пр/(5й + 52),

т.

1

т

0,915й + 0,828152 182 +13,2496 195,2496

5й + 52

200 +16

216

= 0,904.

Для данного изделия - 5 = 4 мм, й = 50 - масса при снижении толщины стенки на 9 % может снизиться до 90,4 % от начальной(на 9,6 %). На основании исследований методов прямого введения НП с УЗК для АМг6 (или его литейного аналога - АЛ23) так же можно ожидать дополнительное повышение механических свойств.

Применение модифицированного сплава позволяет рассмотреть возможность использования в качестве заготовки отливки из АЛ23 (являющегося по сути литейной версией АМг6) вместо поковки АМг6М, тем самым повысив технологичность.

Библиографические ссылки

1. Тимнат И. Ракетные двигатели на химическом топливе : пер. с англ. М. : Мир, 1990.

294 с.

2. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов / В. П. Сабуров [и др.]. // Низкотемпературная плазма. Т. 12. Новосибирск : Наука, 1995. 344 с.

3. Крушенко Г. Г. Применение нанопорошков химических соединений для улучшения качества металлоизделий // Технология машиностроения. 2002. № 3. С. 3-6.

4. А.с. СССР № 839680. Способ модифицирования сплавов / Г. Г. Крушенко, М. Ф. Жуков, А. А. Корнилов и др. // БИ. 1981. № 23.

5. Применение ультрадисперсных порошков химических соединений при литье слитков из деформируемых алюминиевых сплавов / Г. Г. Крушенко, Т. Н. Миллер, М. Н. Фильков и др. // Цветные металлы. 1992. № 10. С. 56-58.

6. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмо-машины и передачи / А. Ф. Андреев, Л. В. Барташевич, Н. В. Боглан и др. Минск : Высш. шк., 1987. 310 с.

© Речка А. Г., Крушенко Г. Г., Ярославцева Ю. А., Хламцов А. Д., Двирный В. В., 2018