Влияние плотности алюминиевых сплавов на качество литых деталей двигателя

Решетневскце чтения

2. Кригер Е. Н., Фроленков И. В. О стабилизации решения одной обратной задачи для двумерного параболического уравнения // Обратные и некорректные задачи математической физики : тез. докл. Междунар. конф., посвящ. 80-летию со дня рождения акад. М. М. Лаврентьева (5-12 августа 2012, г. Новосибирск). Новосибирск : Сиб. науч. изд-во, 2012. С. 87-88.

3. Кригер Е. Н., Фроленков И. В. Задача идентификации функции источника специального вида в дву-

мерном параболическом уравнении // Студент и научно-технический прогресс : материалы ХЫХ Между-нар. науч. студ. конф. / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2011. С. 50.

4. Яненко Н. Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск, 1967.

5. Белов Ю. Я., Кантор С. А. Метод слабой аппроксимации. Красноярск : Изд-во КГУ, 1999.

E. N. Kriger

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

I. V. Frolenkov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

THE IDENTIFICATION PROBLEMS OF THE SOURCE FUNCTION OF THE SPECIAL FORM FOR TWO-DIMENSIONAL HEAT EQUATION

The identification problems of source function of the special form for linear two-dimensional heat equation in the case of Cauchy's data have been researched.

© Kpurep E. H., OpojiemoB H. B., 2012

УДК 539.374.

Г. Г. Крушенко

Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НА КАЧЕСТВО ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

Показано влияние плотности алюминиевых сплавов на механические свойства отливок двигателей, а также способы предупреждения появления пористости и повышения плотности отливок.

Алюминиевые сплавы широко применяются для получения отливок машиностроительного профиля, включая корпусные детали силовых агрегатов космической техники, вследствие того, что эти сплавы характеризуются высокими технологическими и механическими свойствами, что гарантирует надежность их работы в сложнонагруженных условиях, например, в составе топливонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей [1]. Однако известно, что алюминиевые сплавы в процессе их приготовления в той или иной степени растворяют водород, содержание которого зависит от температурно-временных режимов плавки и обработки расплава средствами, препятствующими насыщению его водородом [2]. Растворенный в жидком металле водород в процессе кристаллизации отливок, получаемых из алюминиевых сплавов с узким интервалом кристаллизации, к которым относятся сплавы системы Al-Si (например, сплавы АК9ч, АК7ч и др.), образует в их объеме рассеянную пористость.

Влияние пористости алюминиевых сплавов на меха -нические свойства была изучена сотрудниками ВИАМ при испытании образцов, вырезанных из картера авиационного двигателя жидкостного охлаждения [3].

Нами также установлено, что присутствующие в алюминиевых отливках поры уменьшают плотность

металла, что приводит к снижению их механических свойств [4]. Например, на сплаве АК9ч нами установлено [5], что при плотности отливок (определяли методом гидростатического взвешивания) р = 2 564 кг/м3 временное сопротивление ств = 235 МПа, относительное удлинение 5 = 5,0 %, тогда как при р = 2 575 кг/м3 ств повысилось до 260 МПа (на 10,4 %), а 5 - до 5,6 °% (на 12,0 %), а при р = 2 658 кг/м3 ств повысилось до 275 МПа (на 17,0 %), а 5 - до 8,2 % (на 64,0 %).

Полученные в работе [3] данные легли в основу пятибалльной шкалы пористости, которая используется в промышленности и в настоящее время. В производственных условиях качественно оценить пористость можно с помощью экспресс-метода, разработанного А. Г. Спасским [6], при котором порция сплава заливается в сухую песчаную форму, и при его кристаллизации газы выделяются на поверхность металла, оставляя следы в виде микрополостей. В случае работы со сплавами, содержащими элементы, образующие на поверхности пробы твердую окисную пленку, например ВеО в сплаве АМг10ч, для выявления следов выделения газов поверхность проб стравливается. Более точная оценка пористости производится при изучении рентгеновских пленок, экспонированных с помощью рентгеновского просвечивания

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

при наложении на них вырезанных из детали плоских темплетов. В основном в производство пропускаются отливки силовых агрегатов с пористостью не больше 1 балла (количество пор 0 до 0,1 мм на 1 см2 до 5 шт.) и 2 баллов (количество пор 0 до 0,1 мм на 1 см2 до 8 шт. или 0 до 0,2 мм на 1 см2 до 2 шт.), но на деталях, работающих в условиях высоких давлений, пористость вообще не допускается.

Обычно дегазация производится введением в расплав хлорсодержащих соединений, например, хлористого магния MnCl2 или более эффективного гексахлорэта-на C2Cl6. В результате взаимодействия этих соединений с водородом образуются пары HCl, которые улетучиваются из расплава. 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 без засорения их продуктами взаимодействия дегазаторов с водородом и с футеровкой плавильных агрегатов заключается в создании направленной кристаллизации металла в форме - от нижних слоев отливки к верхним, в результате охлаждения низа кокиля сжатым воздухом, длительность подачи которого происходит в автоматическом режиме в зависимости от температуры кокиля [7].

При литье деталей из сплавов с широким интервалом кристаллизации (сплавы системы Al-Mg), отливки оказываются пораженными междендритной усадочной пористостью, что снижает их прочностные показатели и герметичность. При этом в усадочные пустоты выделяется и растворенный в расплаве водород. Профессором А. Г. Спасским [6] была разработана технология автоклавного литья деталей авиацион-

ных двигателей из алюминиевых сплавов, которая обеспечивала получение плотных отливок.

Существует технология повышения плотности и уже отлитых деталей из широкоинтервальных сплавов (сплавы системы Al-Mg), что достигается пропиткой имеющихся в них усадочных пустот различными веществами, например бакелитовым лаком, с последующим их затвердеванием в автоклаве под давлением [8].

Библиографические ссылки

1. Прочность и ресурс ЖРД / Н. А. Махутов [и др.]. М. : Наука, 2011.

2. Постников Н. С., Мельников А. В., Лебедев В. М. Плавка алюминиевых сплавов. М. : Металлургия, 1971.

3. Колобнев И. Ф., Альтман М. Б. Газы в алюминиевых сплавах. М. : Оборонгиз, 1948.

4. Porosity Reduction and Mechanical Properties in Die Engine Blocks / M. A. Irfan et al. // Materials Science and Engineering. 2012. Vol. A 535. P. 108-114.

5. 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.

6. Спасский А. Г. Основы литейного производства. М. : Металлургиздат, 1950.

7. Крушенко Г. Г. Автоматическое регулирование охлаждения литейной металлической формы // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 4. С. 105-106.

8. Jolly M. Castings // Comprehensive Structural Integrity. 2003. Vol. 1. P. 377-466.

G. G. Krushenko

Institute of Computational Modelling SB RAS, Russia, Krasnoyarsk

THE INFLUENCE OF ALUMINUM ALLOYS DENSITY ON QUALITY OF ENGINES CASTINGS

The influence of aluminum alloys density on the mechanical properties of engines castings and also the methods to prevent the porosity forming and to increase the density of castings are demonstrated.

© KpymeHKO r. r., 2012

УДК 621.45.04.4

М. В. Кубриков, Я. Ю. Бакулин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ РЕБЕР ЖЕСТКОСТИ ТОПЛИВНОГО БАКА

Рассмотрен метод проектирования топливных баков увеличенного объема с цилиндрическими участками образующей. Проведено исследование пластических деформаций подкрепляющих ребер жесткости.

Основная проблема состоит в том, что в результате процесса выворачивания после прохождения зоны перекатывания в материале действуют остаточные упругие напряжения, и при выворачивании бака возможна потеря устойчивости.

В результате исследований был сделан вывод, что физическая модель выворачивания диафрагмы-разделителя с цилиндрическим участком будет отличаться от выворачивания диафрагмы-разделителя типа «сфера». Поэтому необходимо использовать изме-