Способы улучшения свойств магниевых сплавов

Расчетное значение плотности магнитного потока в магнитомягком диске - 1,34 Тл, что соответствует началу нелинейного участка кривой намагничивания электротехнической стали 10880, поэтому дальнейшее снижение толщины диска нецелесообразно.

Ранее разработанный - исходный вариант радиальной конструкции индукционного демпфера по рисунку 2 имеет расчетный коэффициент торможения 4,286 гс  см/(об/сек).

Оптимальный вариант односторонней торцевой конструкции индукционного демпфера по рисунку 4 имеет расчетный коэффициент торможения 9,458 гс  см/(об/сек), то есть в результате оптимизации получено увеличения коэффициента торможения в 2,2 раза.

По результатам проведенных работ определена перспективность торцевой односторонней конструкции индукционного магнитного демпфера с установленным на вращающемся медном якоре маг-нитомягким диском.

Проведенные оптимизационные расчеты показали, что коэффициент торможения в данной конструкции может быть увеличен в 2,2 раза относительно исходной радиальной системы. Увеличение времени срабатывания при этом примерно в 1,5 раза.

Особенности магнитной системы - секторные высокоэнергетические магниты с осевым направлением намагниченности установлены на магнитомягкую крышку. С точки зрения коэффициента торможения и технологичности изготовления оптимальна 12 - полюсная магнитная система. Внешняя обойма, в которой собирается блок магнитов, должна быть немагнитной. Медный ротор имеет плоскую дисковую форму толщиной 0,8 мм при высоте магнитов 2,2 мм.

Проведенная оптимизация основных конструктивных параметров магнитной системы индукционного демпфера инерционного включателя с целью получения наибольшего значения коэффициента торможения подтвердила принципиальную возможность существенного повышения эффективности индукционного магнитного демпфера.

В конструкции инерционного включателя (рисунок 1) применено два демпфера, поэтому негативное влияние значительных осевых усилий притяжения магнитомягкого диска (подвижного магнитопро-вода) блоком магнитов одного демпфера в значительной степени компенсируется аналогичными усилиями второго демпфера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Инерционный включатель. Патент РФ №2 5 62 057 от 30. . 12. 2013, Н01Н 35/14, публикация 10. .09. 2015

2 . Инерционный включатель. Патент РФ №2521000 от 27 . . 07. 2012, Н01Н 35/14, публикация 27 . 06. 2014

3. Инерционный включатель. Патент РФ №2542336 от 09. . 07. 2013, Н01Н 35/14, публикация 20. . 02. 2015

УДК 629.76/78. 0022

Шахат1 С.З. , Ергалиев1 Д.С. , Рамазанова2 Ж.М.

1Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, 2АО «Национальный центр космических исследований», Астана, Казахстан

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В данной работе приведены результаты обзора исследований по получению магниевых сплавов с высокими прочностными свойствами, а также опыт использования электролитно-плазменных методов для улучшения свойств сплавов магния и способов пропитки неметаллических неорганических покрытий. Ключевые слова:

сплав магния, плотность, жесткость, виброустойчивость, микродуговое оксидирование, пропитка.

Введение

Магниевые сплавы обладают многими преимуществами по сравнению с другими сплавами на основе цветных металлов: очень малым удельным весом, высокой удельной прочностью и удельной жесткостью, высокой способностью поглощать энергию удара и вибрационных колебаний [1-3].

Важной сферой использования магниевых сплавов являются те области современной техники, где решающую роль играет показатель весовой эффективности материалов, т. е. снижение массы конструкций при сохранении прочностных характеристик.

Традиционно этими областями являлись авиация и космическая техника. Детали из магниевых сплавов имеют ряд характерных особенностей [4]:

- в 1,4 раза легче алюминиевых и в 4,5-5 раз - чугунных и стальных;

- высокая удельная теплоемкость;

-температура поверхности детали при одинаковом количестве поглощенного тепла ниже температуры детали из малоуглеродистой стали в 2 раза, из алюминиевого сплава - на 15-20%;

- очень хорошо поглощают вибрацию. Удельная вибрационная прочность больше вибрационной прочности алюминиевых сплавов в ~100 раз, легированной стали - в 20 раз;

- обладают повышенной демпфирующей способностью (хорошо поглощают ударные нагрузки) и в меньшей степени склонны к возникновению резонансных колебаний.

Несмотря на преимущества магниевых конструкций, имеются некоторые ограничения в их применении связанные с их низкими показателями коррозионной стойкости и пределом текучести при сжатии. В этой связи повышение механических свойств, а также коррозионной стойкости, является актуальной задачей.

Основная часть

Содержание различных элементов и их количество (концентрация) могут изменять структуру и свойства магниевых сплавов: одни из них упрочняют сплав, другие - повышают пластичность, третьи - увеличивают жаропрочность [4].

Наиболее высокая прочность достигается в магниевых сплавах, содержащих редкоземельные металлы (РЗМ). Среди них сплавы, содержащие РЗМ разных подгрупп, характеризуются наилучшими свойствами. Сплавы Mg-Sm-Tb относятся к такому типу, в них каждый из РЗМ принадлежит к разным подгруппам: самарий - к цериевой, тербий - к иттриевой [5]. Модифицирование цирконием системы Mg-Sm-Tb позволяет существенно измельчить зерно литой структуры, что приводит к упрочнению сплавов системы Mg-Sm-Tb и улучшению литейных свойств. При этом авторами показано, что согласно микроструктурному и микрорентгенноспек-тральному анализам, в равновесии с магниевым твердым раствором находятся только две фазы Mg41Sm5 и Mg24Tb5. Также установлена значительная растворимость тербия до 14,3 % в соединении Mg41Sm5 и самария - до 21,3 % в соединении Mg24Tb5 [6].

При легировании редкоземельными элементами появляется устойчивый эффект упрочнения границ зерен соединениями Mg12Nd, Mg12Ce, Mg12La, Mg24Y5 и более сложными, а также значительное снижение окисляемости магниевого сплава уже при введении малых добавок таких РЗМ, как иттрий, диспрозий, эрбий, гадолиний в оптимальных соотношениях [7]. Введение иттрия, неодима, гадолиния в определенных соотношениях в систему магний-цирконий приводит к значительным изменениям фазового состава сплава, повышению термической стабильности твердого раствора и упрочняющих фаз за счет уменьшения в составе фаз основы сплава - магния [7].

Автором работы [8] предложен состав нового сплава AS31HP системы Mg-Al-Si для литья под давлением отливок крупногабаритных деталей, обладающий хорошими литейными свойствами и повышенным сопротивлением ползучести при температуре до 150 °С. Сплав имеет следующий состав: магний

- основа; алюминий - 2,5 - 3,4 %; кремний - 0,8

- 1,1 %; цинк - 0,11 - 0,25 %; марганец -0,24 -0,34 %; бериллий - 0,0005 - 0,0015 %; железо не более 0,004 %; медь не более 0,008 %; никель не более 0,001 %. Также показано, что различное содержание легирующих компонентов Al, Si, Zn и Мп в пределах границ сплава существенно не влияет на его прочностные свойства.

Легирующие элементы и структура сплава также оказывают влияние на коррозионную стойкость. Скорость к коррозии магния и магниевых сплавов сильно зависит от степени чистоты магния. Кроме того, некоторые примеси могут изменять возможные пределы растворимости других примесей [9, 10].

Для повышения защитных свойств магниевых сплавов используются различные методы. Это достигается, как указывалось выше, легированием сплава, а также путем поверхностной обработки в электролитной плазме или методом микродугового оксидирования, который позволяет решить эту проблему [11]. Так, в работе [12] изучался процесс МДО-обработки магния и магниевых сплавов AZ31, AZ61, AZ91D, ZC71, ZE41 в электролите, содержащем 25 мл/л силиката натрия Na2SiO3 (плотность 1,5 г/см3) и 15 г/л пирофосфата натрия Na4P2O7'H2O, при pH = 12,5 и температуре 293 К. МДО-обработка проводилась в течение 15 минут в анодно-катодном (50 Гц) режиме с прямоугольной формой импульсов при постоянной суммарной плотности катодного и анодного токов 650 мА/см2 и их соотношении Шк/Ia = 1,2. Исследования структуры и фазового состава МДО-покрытий показали, что они имеют трехслойное строение и вне зависимости от материала основы содержат фазы MgO и Mg2SiO4 с включениями соединений легирующих элементов конкретного сплава. Элементы, содержащиеся в электролите, такие как Si и P, находятся главным образом в пористом внешнем слое МДО-покрытий, который составляет для различных сплавов от 20% и выше от общей толщины покрытий.

В работе [13] изучались характеристики процесса микродугового оксидирования магниевого сплава AZ91D (8,5-9,5% Al; 0,5-0,9% Zn; 0,170,27% Mn). Обработка проводилась в электролите, содержащем 10 г/л Na2SiO3, 8 г/л NaF и 2 г/л NaOH, в импульсном (частота 800 Гц) анодном режиме. Рентгенофазовый анализ покрытий показал, что они состоят в основном из форстерита Mg2SiO4, селла-ита MgF2 и периклаза MgO. Исследования покрытий, сформированных на разных стадиях процесса МДО, показали, что наиболее однородной морфологией и минимальной дефектностью обладали слои, сформированные в течение 2,5 и 20 мин. Коррозионные потенциодинамические поляризационные исследования также подтвердили их наилучшую коррозионно-защитную способность.

Покрытия, полученные в процессе микродугового оксидирования, могут быть использованы и в качестве подслоя для лакокрасочных покрытий [11].

Существенное улучшение защитных свойств магниевых сплавов осуществляется путем пропитки эпоксидно-полиамидными лаками и анаэробной композицией неметаллических неорганических покрытий на поверхности сплавов [14, 15]. При обработке (пропитке) лаками и анаэробной композицией различными методами (вакуумирование, обработка кистью, окунание) хроматированных и анодно-ок-сидированных магниевых сплавов защитные свойства их заметно повышаются, что связано с образованием на поверхности тонкой пленки лака и частичным заполнением пор покрытий. Для защиты поверхностей первого класса деталей из магниевых сплавов, имеющих высокий класс точности, где невозможно применять системы ЛКП, целесообразно применять химическое покрытие с дополнительной пропиткой лаками на эпоксидной основе.

Заключение

Таким образом, улучшение свойств магниевых сплавов можно достигнуть легированием редкоземельными металлами. Микродуговое оксидирование магниевых сплавов, пропитка эпоксидно-полиамидными лаками неметаллических покрытий на поверхности сплава позволяют решить вопросы, связанные с низкой коррозионной стойкостью магниевых сплавов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волкова Е.Ф., Антипов В.В. Магниевые деформируемые сплавы. // Все металлы. Энциклопедический справочник, издательство - 2012. -№ 5. - С. 135-141.

2. Волкова Е.Ф. Современные деформируемые сплавы и композиционные материалы на основе магния // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2006. - № 11. - С.14-19.

3. Пушкарев С. Ю. Формирование структуры и свойств специального магниевого сплава для литья под давлением / С. Ю. Пушкарев, Л.В. Никулин// Летейщик России. 2008. - 8. - С. 43-47.

4. Мостяев И. В. РЗЭ - фактор качественного повышения свойств магниевых сплавов (обзор)/ Труды ВИАМ: электронный научный журнал. - 2015. - №7. http://www.viam-works.ru (дата обращения:

15.02.2016).

5. Лукьянова Е.А., Добаткина Т.В., Рохлин Л.Л. Теоретические основы кристаллизации высокопрочных магниевых сплавов системы Mg-Sm-Tb-Zr // Материалы III Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве». - г. Краматорск (Украина). 2011. С.124-126.

6. Рохлин Л. Л. Исследование фазовых равновесий в богатых магнием сплавах системы Mg-Sm-Tb // Металлы.- 2010. - № 4. -С. 99-106.

7. Фролов А. В., Мухина И. Ю., Леонов А. А., Уридия З. П. Влияние легирования редкоземельными металлами на свойства и структуру литейного магниевого сплава экспериментального состава системы Mg-Zr-Zn-Y-Nd/ Труды ВИАМ: электронный научный журнал. - 2016. - №3. http://www.viam-works.ru (дата обращения: 4.04.2016).

8. Пушкарёв Сергей Юрьевич. Формирование структуры и свойств магниевых сплавов системы Mg-Al-Si и разработка технологии изготовления крупногабаритных отливок литьем под давлением : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.04 / Пушкарёв Сергей Юрьевич; [Место защиты: ГОУВПО "Уральский государственный технический университет"].- Екатеринбург, 2010.- 123 с.

9. Каблов Е.Н. Авиакосмическое материаловедение //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. №3. С. 2-14.

10. Корнышева И.С., Волкова Е.Ф., Гончаренко Е.С., Мухина И.Ю. Перспективы применения магниевых и литейных алюминиевых сплавов //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 212-222.

11. Владимиров Б. В., Крит Б. Л., Людин В. Б., Морозова Н. В., Российская А. Д., Суминов И. В., Эпельфельд А. В. Микродуговое оксидирование магниевых сплавов (обзор)/ Электронная обработка материалов. - 2014. - 50(3). - С. 1-38.

12. Arrabal R., Matykina E., Hashimoto T., Skeldon P., Thompson G.E. Characterization of AC PEO Coatings on Magnesium Alloys. Surf Coat Tech. 2009, 203, Р. 2207-2220.

13. Lv G.-H., Chen H., Li L., Niu E.-W., Pang H., Zou, B. Yang S.-Z. Investigation of Plasma Electrolytic Oxidation Process on AZ91D Magnesium Alloy. Current Applied Physics. 2009, (9), 126130.

14. Северцев Н.А. Системный анализ определения параметров состояния и параметры наблюдения объекта для обеспечения безопасности //Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1. С. 4-10.

15. Каримова С. А., Козлов И. А., Волков И. А. Повышение защитных свойств неметаллических неорганических покрытий на магниевых сплавах/ Труды ВИАМ: электронный научный журнал. - 2014. -№9. http://www.viam-works.ru (дата обращения: 4.04.2016).

УДК 681.142

Успанов1 М.Ж., Кузина2 Е.А., Юркова3 Е.М.

1Военный институт Сил воздушной обороны, Казахстан

2ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники», Москва, Россия

3Чешский технический университет, Прага, Чешская республика

СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Предлагается формальный подход, методы и средства создания информационных технологий ситуационного управления процессами конструкторско-технологической подготовки производства сложных промышленных изделий применительно к условиям и требованиям всех фаз жизненного цикла образцов заданного класса.

Методология построения информационных технологий рассмотрена на примере подготовки производства радиоэлектронных средств, выполненных на базе печатного монтажа. При этом информационная система рассматривается как система поддержки и автоматизации интеллектуальных работ - поиска, администрирования, экспертиз и экспертных оценок или суждений, принятия решений, управления, распознавания, накопления знаний, обучения.

Радиоэлектронные средства (РЭС) являются основой всех систем связи, управления, авионики и т.д. За последние десятилетия своего развития они превратились в сложные многокомпонентные иерархические системы, анализ которых становится невозможным без применения средств математического моделирования. Одновременно с этим усложняется процесс проектирования, производства и эксплуатации РЭС. Актуальной стала проблема анализа каждого отдельного этапа жизненного цикла (ЖЦ) изделия.

В соответствии с ГОСТ Р 537 91-2010 жизненный цикл производственного процесса (ЖЦПП) - это совокупность взаимосвязанных процессов изменения состояния продукции при ее создании, использовании (эксплуатации) и ликвидации (с избавлением от отходов путем их утилизации и/или удаления).

Стадия жизненного цикла продукции (СЖЦП) -это условно выделяемая часть ЖЦП, которая характеризуется спецификой направленности работ, производимых на этой стадии, и конечными результатами.

Тот же ГОСТ определяет состав ЖЦ производственно-технического назначения [6]: обоснование разработки; разработку ТЗ; проведение ОКР; производство и испытания; модернизацию;

использование (эксплуатацию);

ликвидацию (с избавлением от отходов путем их утилизации и/или удаления).

ЖЦИ, как определяет его стандарт ISO 90041, - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.

Этапы жизненного цикла [7]:

Маркетинговые исследования.

Проектирование продукта.

Планирование и разработка процесса.

Закупка.

Производство или обслуживание.

Проверка.

Упаковка и хранение.

Продажа и распределение.

Монтаж и наладка.

Техническая поддержка и обслуживание.

Эксплуатация по назначению.

Послепродажная деятельность.

Утилизация и/или переработка.

Несмотря на то, что каждый из стандартов определяет ЖЦП по-разному, такт как каждый из них силен в свое области. Одни хороши в применении, если вопрос касается проектной части, другие -производство и тестирование, третьи - исполнение и завершающие процесса работы. Но, у них всех есть общие фазы. Под стадиями процесса управления подразумевается совокупность мероприятий (процессов), обеспечивающих достижение одного из следующих результатов (см. рисунок 1).