Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Влияние структурно-фазового состояния на физико-механические свойства горячепрессованных труб из титанового сплава Ti–3Al–2,5V
Get PDFThis study investigates the impact the hot extrusion process variables on the physical and mechanical properties of Ti–3Al–V alloy The research examines four tube segments extracted from various hot-extruded tubes of Ti–3Al–2.5V alloy, with an outer diameter (OD) of 90 mm and a wall thickness of 20 mm. The manufacturing process involves expanding sleeves with a horizontal hydraulic press to achieve an OD of 195 mm, followed by heating to 850–865 °C prior to extrusion. The tube segments are labeled as 1, 2, 3, and 4, corresponding to their order of production. Our findings demonstrate that an increase in the number of extrusions in the α + β area from tube 1 to tube 4 leads to a reduction in the primary α-phase volume fraction and an increase in the β-transformed structure volume fraction. These changes are attributed to the higher final extrusion temperature resulting from more intense deformation heating during hot tooling (die and mandrel) processes. Additionally, elevating the final extrusion temperature from tube 1 to tube 4 leads to a notable decrease in the residual β-solid solution volume fraction and a reduction in the “sharpness” of the α-phase tangent-oriented texture. The alterations in the structural and phase state of the alloy from tube 1 to tube 4 are found to influence the contact modulus of elasticity and microhardness. These identified relationships can be utilized to optimize the process variables for the extrusion of multiple Ti–3Al–2.5V alloy tubes.Исследовано влияние изменения параметров горячего прессования на физико-механические свойства труб из сплава Ti–3Al–2,5V. Материалом для исследования служили четыре патрубка, отобранные от разных горячепрессованных труб из сплава Ti–3Al–2,5V с внешним диаметром 90 мм и толщиной стенки 20 мм, полученных из экспандированных гильз с внешним диаметром 195 мм на горизонтальном гидравлическом прессе. Экспандированные гильзы перед прессованием нагревались до температуры 850–865 °С. Образцам исследуемых горячепрессованных труб присвоены номера 1, 2, 3 и 4 согласно последовательности их получения в промышленных условиях. Показано, что увеличение количества проведенных прессовок в α + β-области от трубы 1 к трубе 4 приводит к закономерному уменьшению объемной доли первичной α-фазы в их структуре, а также к росту объемной доли β-превращенной структуры вследствие повышения температуры окончания прессования, вызванного более активным деформационным разогревом из-за увеличения температуры инструмента (матрицы и иглы). Обнаружено, что фиксируемое структурно повышение температуры окончания прессования от 1-й трубы к 4-й влечет за собой характерное уменьшение объемной доли остаточного β-твердого раствора и снижение «остроты» наблюдаемой тангенциальной текстуры α-фазы. Установлено, что выявленные изменения структурно-фазового состояния сплава от 1-й трубы к 4-й оказывают закономерное влияние на получаемый в них уровень свойств – контактного модуля упругости и микротвердости. Полученные закономерности необходимо учитывать при разработке технологического режима многоразового прессования труб из сплава Ti–3Al–2,5V
Особенности изготовления отливок из алюминиевых сплавов по выжигаемым аддитивным FDM-моделям
Get PDFThis article describes the results of a study aimed at improving production technology of experimental castings from aluminum alloys by investment casting using models produced by 3D printing. The consumable models were produced using fused deposition modeling (FDM). Biodegradable polylactide (PLA) was used as a material for the models. In order to decrease the surface roughness of consumable PLA model. chemical post-treatment by dichloromethane needs to be performed. After immersion of the model into the solvent for 10s, its surface becomes smooth and glossy. Three-point static bending tests of PLA plates demonstrated a mechanical strength of average ~45.1 MPa. A thermomechanical analysis of polylactide demonstrated that in the course of heating of ceramic shell in excess of 150 °C, the polylactide model begins to expand intensively by exerting significant pressure on the ceramic shell. In order to decrease stress during the removal of polylactide model from ceramic mold, the heating time in the range of 150–300 °C needs to be heated to a maximum. The use of hollow consumable casting models with a cellular structure not higher than 30 % is also sensible. The stresses on the shell will not exceed its strength. Characteristic temperature properties of PLA plastic thermal destruction were detected using thermogravimetric analysis. Polylactide was established to completely burn out upon heating to 500 °C leaving no ash residue. Analysis of the results identified the burning modes of polylactide models from ceramic molds. Using a Picaso 3D Designer printer (Russia), the PLA models were printed used for production of experimental castings from aluminum alloys. It was revealed that the surface roughness (Ra) of a casting produced using a consumable model treated by dichloromethane decreases by 81.75 %: from 13.7 to 2.5 μm.Приведены результаты исследований, направленные на совершенствование литейной технологии получения опытно-экспериментальных отливок из алюминиевых сплавов методом литья по выжигаемым моделям, изготовленным с применением 3D-печати. Для создания выжигаемых моделей использовали метод осаждения расплавленной нити (FDM – fused deposition modeling), а в качестве материала моделей был выбран биоразлагаемый материал – полилактид (PLA – polylactide). Установлено, что для уменьшения шероховатости выжигаемой PLA-модели необходимо проводить химическую постобработку ее поверхности дихлорметаном. В результате окунания модели в растворитель на 10 с она приобретает гладкую и глянцевую поверхность. Испытания механической прочности PLA-пластин на трехточечный статический изгиб показали, что данный показатель составляет в среднем ~ 45,1 МПа. Термомеханический анализ полилактида выявил, что в процессе нагрева керамической оболочки выше 150 °С полилактидная модель начинает интенсивно расширяться, оказывая существенное давление на керамическую оболочку. Для уменьшения напряжений в процессе удаления полилактидной модели из керамической формы необходимо максимально увеличить время нагрева в интервале температур 150–300 °С, а также целесообразно использовать пустотелые выжигаемые модели отливки со степенью заполнения ячеистой структуры не более 30 %. При этом напряжения в оболочке не будут превышать ее прочность. С помощью термогравиметрического анализа выявлены характерные температурные характеристики термодеструкции PLA-пластика. Установлено, что материал из полилактида полностью выгорает при нагреве до температуры 500 °С, не оставляя после себя остатков золы. Анализ результатов позволил определить технологические режимы выжигания полилактидных моделей из керамических форм. На принтере Picaso 3D Designer (Россия) были напечатаны PLA-модели, которые использовали для получения опытно-экспериментальных отливок из алюминиевых сплавов. Выявлено, что шероховатость поверхности (Ra) отливки, полученной по выжигаемой модели, обработанной дихлорметаном, уменьшается на 81,75 % – с 13,7 до 2,5 мкм
Усталостная прочность и частотная стабильность титанового сплава
Get PDFWe conducted a study on fatigue in flat samples of the VT3-1 titanium alloy using “soft” cyclic beam bending tests. For this purpose, we developed an innovative electromagnetic test bench. The test bench's electromechanical system induces mechanical vibrations at a frequency that matches the eigenfrequency of the sample, ensuring that the cyclic load frequency remains constant. The electromagnetic force bends the sample while the elastic force unbends it, producing a quasi-sinusoidal cyclic load. Through our investigation, we determined the impact of this cyclic loading on both cyclic strength and durability. Our findings indicate that the VT3-1 titanium alloy possesses high resistance to fatigue and an endurance limit. Furthermore, we observed a low variability of the experimental fatigue resistance in relation to the approximating fatigue curve, suggesting the alloy has high structural stability. This finding indicates that the VT3-1 titanium alloy possesses high structural stability. To assess eigenfrequency stability, we subjected the alloy samples to cyclic tests, interrupting them at a reference number of 50 million cycles to evaluate changes in eigenfrequencies and stability under loads close to the fatigue limit. The results showed that the titanium alloy has a high level of eigenfrequency stability. Interruptions in cyclic tests resulted in jump-like increases in eigenfrequencies, which was not observed in continuous tests. Nevertheless, the total eigenfrequency deviations from the initial value at the end of the tests were similar in both casesИсследованы образцы титанового сплава ВТ3-1 на усталость при нагружении по «мягкой» схеме консольного изгиба плоских образцов. Для таких исследований была разработана оригинальная электромагнитная установка. В ней реализована работа на основе электромеханической системы, в которой возбуждение механических колебаний осуществляется исходя из собственной частоты колебания испытуемого образца, т.е. реализуется режим, когда частота возбуждающей силы (частота циклического нагружения) всегда равна частоте собственных колебаний образца. Изгиб образца производится электромагнитной силой, а разгиб происходит под действием сил упругости материала, тем самым обеспечивается циклическое нагружение, близкое к синусоидальному. Изучено влияние реализуемого в данной установке вида циклического нагружения на циклическую прочность и долговечность. Установлено, что исследуемый титановый сплав имеет высокие характеристики показателей сопротивления усталости и предела выносливости. В ходе проведенных исследований отмечен небольшой разброс экспериментальных значений сопротивления усталости образцов относительно аппроксимирующей линии кривой усталости, что свидетельствует о высокой стабильности структурно-чувствительных свойств титанового сплава ВТ3-1. Также исследованы образцы этого сплава на частотную стабильность. За контрольное число наработки было принято 50 млн циклов нагружения, при которых проводилась сравнительная оценка изменения частотных характеристик. Представлены частотные характеристики и выявлена динамика частотной стабильности испытаний образцов при нагрузках, близких к пределу усталости. Установлено, что исследуемый титановый сплав имеет высокие значения частотной стабильности. При этом перерывы в циклических испытаниях приводят к скачкообразному приросту частоты, а при непрерывных испытаниях такого не наблюдалось, однако общее отклонение частоты от первоначальной к концу испытаний примерно одинаковое
Исследование влияния условий напыления системой инвертированных магнетронов на текстуру и остаточные напряжения в четырехслойных Ta/W/Ta/W-покрытиях
Get PDFThe aim of the study is to examine the possibilities of sputtering of multilayer coatings at a high rate of deposition on products of complex shape using inverted magnetrons. The formation of texture and residual stresses in magnetron four-layer Ta/W/Ta/W coatings deposited at voltages from 0 to –200 V on cylindrical and flat copper substrates imitating elements of the surface of complex shape products was evaluated using the X-ray method of inverse pole figures and the sin2Ψ method. The patterns of texture formation in coatings depend mainly on the bias voltage on the substrate (Us), while at Us = –200 V they differ for W and Ta layers. At Us = –100 V, the epitaxial mechanism of texture formation is realized. In the case of a cylindrical substrate, this leads to intense texture (111) of all four layers. In the case of a flat substrate, this can lead to the formation of a single-crystal texture (111) in all layers with a texture maximum width of 12°–14°. The presence of a single-crystal (111) tantalum texture corresponds to the maximum Young moduli and, accordingly, the interatomic bonding forces normal to the coating plane. This suggests that multilayer coatings with an external Ta layer have high tribological characteristics. Increasing the voltage on a flat substrate from 0 to –200 V leads to an increase in residual compressive stresses from 0.5 to 2.7 GPa for the four-layer coating under study.Исследованы возможности нанесения с высокой скоростью осаждения многослойных покрытий на изделия сложной формы с помощью инвертированных магнетронов. Рентгеновским методом обратных полюсных фигур и методом «sin2Ψ» оценивали формирование текстуры и остаточных напряжений в магнетронных четырехслойных Ta/W/Ta/W-покрытиях, нанесенных при напряжениях от 0 до –200 В на цилиндрическую и плоскую подложки из меди, имитирующие элементы поверхности изделий сложной формы. Показано, что закономерности формирования текстуры в покрытиях зависят в основном от напряжения смещения на подложке (Uп), при этом при Uп = –200 В они отличаются для слоев W и Та. При Uп = –100 В реализуется эпитаксиальный механизм текстурообразования, который в случае цилиндрической подложки приводит к интенсивной (111) текстуре всех четырех слоев, а в случае плоской – к формированию во всех слоях монокристальной (111) текстуры с шириной текстурного максимума 12°–14°. Наличие монокристальной (111) текстуры тантала соответствует максимальным значениям модуля Юнга и, соответственно, сил межатомной связи нормально плоскости покрытия, что предполагает у многослойных покрытий с внешним Та-слоем высокие трибологические характеристики. Увеличение напряжения на плоской подложке от 0 до –200 В приводит к повышению остаточных сжимающих напряжений от 0,5 до 2,7 ГПа для исследуемого четырехслойного покрытия
Применение отечественных полимерных анионоактивных депрессоров при флотации забалансовой оталькованной медно-никелевой руды
Get PDFExperimental studies were conducted on the flotation of low-sulfide copper-nickel ore containing flotation-active magnesium silicates, specifically talc, using organic polymeric anionic reagents containing carboxyl and hydroxyl groups as depressants. The following reagents, which contain carboxyl groups, were examined: carboxymethyl cellulose and carboxymethylated starch; polyacrylic acid and its derivatives; sodium humate. Copolymers of ethylene oxide with ethylenediamine and glycerol containing hydroxyl groups were also investigated. The objective of this study was to identify new efficient domestic depressants for flotation-active silicates, selectively acting in the flotation of low-sulfide copper-nickel ore, in comparison with the performance of foreign Depramin 347 depressant. The impact of depressant reagents on the surface properties of talc was determined by the values of air bubble detachment force and electrokinetic potential. It was observed that for reagents containing carboxyl groups, the depressing effectiveness decreased in the following order: carboxymethyl cellulose → carboxymethylated starch → polyacrylic acid → sodium humate. This reduction was attributed to a decrease in the acidic properties of the reagents, a decline in their adsorption affinity for talc, and a decrease in the proportion of active carboxyl groups participating in the formation of the electrokinetic potential. Furthermore, a trend towards increased depressing ability was noted for carboxymethyl cellulose samples with an increasing degree of substitution. In contrast, reagents containing hydroxyl groups had virtually no depressing effect on talc. The data obtained support the use of domestic industrial samples of carboxymethyl cellulose, namely CMC 7N and PAC-N, as depressants for floating silicates, particularly talc, which is a detrimental impurity in the concentrate. Были выполнены экспериментальные исследования по флотации малосульфидной медно-никелевой руды, содержащей флотоактивные магниевые силикаты, в частности тальк, с применением в качестве депрессоров органических полимерных анионоактивных реагентов, содержащих карбоксильные и гидроксильные группы. Исследовали следующие реагенты, содержащие карбоксильные группы: карбоксиметилированные целлюлоза и крахмал; полиакриловая кислота и ее производные; гумат натрия. Также изучали сополимеры окиси этилена с этилендиамином и глицерином, содержащие гидроксильные группы. Цель исследования – выявление новых эффективных отечественных депрессоров флотоактивных силикатов, селективно действующих при флотации малосульфидной медно-никелевой руды, по сравнению с действием зарубежного депрессора Depramin 347. Влияние реагентов-депрессоров на поверхностные свойства талька определяли по значениям силы отрыва пузырька воздуха и электрокинетического потенциала. Установлено, что для реагентов, содержащих карбоксильные группы, депрессирующая способность убывает в следующей последовательности: карбоксиметилцеллюлоза → карбоксиметилированный крахмал → полиакриловая кислота → гумат натрия. Это обусловлено уменьшением кислотных свойств реагентов, убыванием их адсорбционного сродства к тальку и снижением доли активных карбоксильных групп, принимающих участие в формировании электрокинетического потенциала. При этом выявлена тенденция к возрастанию депрессирующей способности образцов карбоксиметилцеллюлозы с увеличением степени замещения. В то же время реагенты, содержащие гидроксильные группы, практически не оказывают депрессирующего действия на тальк. Полученные данные обосновывают применение отечественных промышленных образцов карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ 7Н, ПАЦ-Н), в частности в качестве депрессоров талька при флотации медно-никелевой руды, что позволяет снизить содержание в концентрате талька, являющегося вредной примесью.
Совершенствование режима селективного лазерного плавления для изготовления пористых структур из сплава Ti–6Al–4V медицинского назначения
Get PDFThis article describes approaches to the optimization of regimes of selective laser melting (SLM) used in the fabrication of porous materials from medical grade Ti–6Al–4V alloy with thin structural elements and a low level of defect porosity. Improved fusion of thin elements based on SLM regimes is achieved due to a significant decrease in the distance between laser passes (from 0.11 to 0.04–0.05 mm). Moreover, the balance between the laser energy density and building rate is compensated by changing the laser speed and laser power. The results of the study of defect porosity and hardness of samples fabricated according to experimental SLM regimes allowed three promising sets of parameters to be defined. One was selected for studying mechanical properties in comparison with the reference SLM regime. In the aims of this study, the samples were developed and fabricated using the structures of rhombic dodecahedron and Voronoi types with a porosity of 70–75 %. The decrease in defect porosity was established at ≈1.8 % to 0.6 %, depending on the SLM regime. This promotes a significant increase in strength properties of the material, including an increase in the yield strength of rhombic dodecahedron from 76 to 132 MPa and the Voronoi structure from 66 to 86 MPa. The low Young module (1–2 GPa) remains, corresponding to the rigidity level of spongy bone tissue.Разработаны подходы к оптимизации режима селективного лазерного плавления (СЛП) для получения пористых материалов из сплава Ti–6Al–4V медицинского назначения с тонкими конструкционными элементами и низким уровнем дефектной пористости. Улучшенное проплавление тонких элементов с применением разработанных экспериментальных режимов СЛП достигается за счет значительного снижения расстояния между проходами лазера (с 0,11 до 0,04–0,05 мм), а баланс между плотностью энергии лазера и скоростью построения скомпенсирован путем изменения скорости пробега и мощности лазера. Результаты изучения дефектной пористости и твердости образцов, изготовленных по экспериментальным режимам СЛП, позволили установить 3 наиболее перспективных набора параметров, один из которых выбран для исследования механических свойств в сравнении со стандартным режимом СЛП. Для этого исследования разработаны и изготовлены образцы на основе структур типа ромбического додекаэдра и полиэдра Вороного пористостью 70–75 %. Установлено, что снижение уровня дефектной пористости с ≈1,8 % до 0,6 %, обеспеченное применением разработанного режима СЛП, способствует значительному повышению прочностных характеристик материала. Увеличение условного предела текучести ромбического додекаэдра с 76 до 132 МПа и Вороного с 66 до 86 МПа. При этом сохраняется низкий модуль Юнга (1–2 ГПа), соответствующий уровню жесткости губчатой костной ткани
Эффективность многопоточных вычислений в системах компьютерного моделирования литейных процессов
Get PDFThe utilization of computer simulation software for casting process simulation is becoming essential in the advancement of casting technology in aviation and other high-tech engineering fields. With the increase in the number of computational cores in modern CPUs, the use of multi-threaded computations is becoming increasingly relevant. In this study, the efficiency of multi-threaded computations in modeling casting processes was evaluated using finite element method casting simulation software ProCast and PoligonSoft, which utilize parallel computing architectures with distributed (DMP) and shared (SMP) memory, respectively. Computations were performed on Intel and AMD-based computers, varying the number of computational threads from 4 to 32. The calculation efficiency was evaluated by measuring the calculation speed increase in the filling and solidification of GP25 castings made of ML10 alloy, as well as the complex task of filling and solidification modeling nickel superalloy casing castings with radiation heat transfer simulation. The results indicate that the minimum computation time in ProCast software is observed when using 16 computational threads. This pattern holds true for both computing systems (Intel and AMD processors), and increasing the number of threads beyond this point does not make a practical difference. The performance decrease in this scenario can be attributed to the low-performance energy-efficient cores in systems based on Intel processors or the decrease in core frequency and full loading of physical cores in systems based on AMD processors. Multi-threading the modeling task in PoligonSoft software is less efficient than in ProCast, which is a result of the shared-memory architecture used in PoligonSoft. Despite the significant difference in parallel efficiency, the task of GP25 casting solidification in both PoligonSoft and ProCast is solved in a time close enough to be considered sufficient.Применение систем компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) становится обязательным при разработке литейной технологии в авиации и других наукоемких областях техники. В связи с увеличением числа расчетных ядер в современных процессорах актуальным становится осуществление многопоточных вычислений. В работе оценивалась эффективность многопоточных вычислений при моделировании литейных процессов с помощью конечно-элементных СКМ ЛП «ProCast» и «ПолигонСофт», использующих архитектуры параллельных расчетов с распределенной (DMP) и общей (SMP) памятью соответственно. Для вычислений применяли компьютеры на базе платформ от компаний «Intel» и «AMD». Число расчетных потоков варьировали от 4 до 32. Эффективность оценивали по приросту скорости расчета заполнения и затвердевания отливки «ГП25» из сплава МЛ10, а также решения сложной задачи моделирования заполнения и затвердевания корпусных отливок из никелевого жаропрочного сплава с учетом радиационного теплообмена. Показано, что минимальное время расчета в СКМ ЛП «ProCast» наблюдается при использовании 16 вычислительных потоков. Причем это характерно для обеих вычислительных систем (на процессорах «Intel» и «AMD»), и увеличение числа потоков выше этого предела не имеет практического смысла. Снижение производительности в данном случае может быть связано с наличием малопроизводительных энергоэффективных ядер в случае применения системы на процессоре «Intel», а также полной загрузки физических ядер и уменьшением частоты ядер для системы на процессоре от «AMD». Распараллеливание задачи моделирования в СКМ ЛП «ПолигонСофт» менее эффективно, чем в СКМ ЛП «ProCast», вследствие реализации архитектуры с общей памятью. В то же время, несмотря на значительную разницу в эффективности распараллеливания, задача затвердевания отливки «ГП25» в СКМ ЛП «ПолигонСофт» и «ProCast» решается за достаточно близкое время
Влияние различных титансодержащих добавок на эффективность модифицирования эвтектического сплава системы алюминий–кремний
Get PDFThis study investigates the impact of titanium addition to the eutectic silumin AK12 melt, considering various methods of addition. The research results encompass the sole introduction of titanium (at a calculated amount of 0.1 wt.%) through different forms/methods, such as the Al–4%Ti ligature, TiO2 oxide, K2TiF6 salt, and Ti sponge. Additionally, the study explores the combined addition of titanium and a standard flux (comprising 62.5 % NaCl + 12.5 % KCl + 25 % NaF). The research involved qualitative and quantitative analyses of macro- and microstructures, spectral analysis data, and mechanical properties (tensile strength and relative elongation) of the alloys. The findings highlight that titanium has a positive influence on the structure of eutectic silumin, with the most effective results achieved when combined with the standard flux. However, the efficiency of silumin modification with titanium varies depending on the method of addition. Specifically, the introduction of titanium in the form of K2TiF6 fluoride salt, Al–4%Ti ligature, and titanium sponge positively affected macro grain refinement, reduced the spacing between the secondary dendrite arms of the solid solution (α-Al), and enhanced the dispersion of eutectic silicon. The most promising approach for complex silumin modification involves the joint introduction of titanium-containing substances and a sodium salt-based flux. This combination has a multifaceted impact on the silumin structure, leading to the simultaneous modification of various structural components in aluminum–silicon alloys. Depending on the type of titanium-containing substance, when processed alongside flux, the alloy achieves a relative elongation ranging from 9.7 % to 11.1 %, exceeding the same parameter for the unmodified alloy by more than 4 times and surpassing the sodium-modified alloy's relative elongation by 17–37 %. Furthermore, the ultimate strength reaches levels of 171–193 MPa, representing a 22–38 % improvement compared to the unmodified alloy and a 7–21 % increase compared to the sodium-modified alloy. Изучено влияние титана, в зависимости от способа его ввода в расплав, на структуру и механические свойства эвтектического силумина АК12. Приведены результаты исследований как при одиночном введении титана (расчетное содержание Ti – 0,1 мас.%) различными способами (лигатурой Al–4%Ti, оксидом TiO2, солью K2TiF6, Ti-губкой), так и при совместных добавках титана и стандартного флюса (62,5 % NaCl + 12,5 % KCl + 25 % NaF). Исследования осуществляли путем качественного и количественного анализа макро- и микроструктур сплавов, данных спектрального анализа и механических свойств (предела прочности на разрыв и относительного удлинения). Установлено, что титан оказывает влияние на структуру эвтектического силумина и наиболее эффективен при совместном введении со стандартным флюсом. При этом эффективность модифицирования силуминов титаном зависит от способа его ввода в расплав. Отмечено положительное влияние титана, введенного с помощью фтористой соли K2TiF6, лигатуры Al–4%Ti и титановой губки, на измельчение макрозерна, уменьшение расстояния между ветвями дендритов второго порядка твердого раствора (α-Al), а также на диспергирование эвтектического кремния. Наиболее перспективным способом комплексного модифицирования силуминов является совместное введение титансодержащих веществ и флюса на основе солей натрия. Такие составы оказывают комплексное влияние на структуру силумина, заключающееся в одновременном модифицировании различных структурных составляющих алюминиево-кремниевых сплавов. В зависимости от вида титансодержащего вещества при совместной обработке с флюсом относительное удлинение сплава достигает 9,7–11,1 %, что более чем в 4 раза превышает этот показатель для немодифицированного сплава и на 17–37 % выше, чем у сплава, модифицированного натрием. Предел прочности составляет 171–193 МПа, что на 22–38 % больше, чем у немодифицированного сплава, и на 7–21 % выше по сравнению со сплавом, модифицированным натрием.
Совершенствование процесса формообразования в условиях плоского напряженного состояния растяжения
Get PDFThin-walled axisymmetric truncated parts made of sheet billets are actively used in rocket and aerospace engineering. Improvement to their shape formation, based on directed material thickness change will ensure the production of parts with minimum thickness variation. This will also enable aviation and space industry enterprises to attain leading positions, as well as reduce labor costs. This work studies the possibility of obtaining thin-walled axisymmetric parts of truncated tapered shape using one of the methods of sheet metal stamping under flat tensile stress conditions (flanging). The mechanism was identified and the analysis of the stress-strain state of the billet during deformation was carried out. This takes into account the minimizing of the difference between the specified and technologically possible thicknesses. A mathematical model was developed to consider the shaping method based on the process of flanging. Theoretical studies were based on the principles of the plastic deformation theory of sheet materials. This was achieved by the following factors: approximate differential equations of force equilibrium; equations of constraint; plasticity conditions; and fundamental constitutive relations under given initial and boundary conditions. The process of flanging was simulated using the LS-DYNA software package with the following initial data of a conical billet made of 12Kh18N10T steel: cone angle 16.4°, thickness Sbillet = 0.3 mm. The aim was to eliminate errors in designing a tool for future implementation of the method on a manufactured die tooling, as well as to confirm the theoretical conclusions on the selection of technological parameters and achieve minimal thickness variation. The steps of computer modeling are presented, indicating the main process parameters such as material model, mechanical characteristics of the workpiece material, type of elements, kinematic loads, conditions of contact interaction of elements with each other, etc.В ракетно-космической и авиационной технике активно применяются тонкостенные осесимметричные детали усеченной сужающейся формы, изготовленные из листовых заготовок. Совершенствование процессов их формообразования, в основе которых направленное изменение толщины материала с целью получения деталей с минимальной разнотолщинностью, позволит обеспечить ведущие позиции предприятий авиационной и космической отраслей промышленности, а также гарантирует снижение трудозатрат. Данная работа посвящена исследованию возможности получения тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы одним из способов листовой штамповки в условиях плоского напряженного состояния растяжения (отбортовкой). Выявлен механизм и проведен анализ напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе формоизменения с учетом выражения минимизации между заданной и технологически возможной толщинами. Разработана математическая модель рассматриваемого способа формообразования, основанного на процессе отбортовки. Теоретические исследования основывались на положениях теории пластического деформирования листовых материалов путем совместного решения приближенных дифференциальных уравнений равновесия сил, уравнений связи, условия пластичности и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. С целью исключения ошибок при проектировании инструмента для перспективной реализации способа на изготовленной штамповой оснастке, а также для подтверждения теоретических выводов по выбору технологических параметров и достижения минимальной разнотолщинности проведено моделирование процесса отбортовки в программном комплексе LS-DYNA с исходными данными конической заготовки из стали 12Х18Н10Т: угол конусности 16,4°, толщина Sзаг = 0,3 мм. Представлены этапы компьютерного моделирования с указанием основных параметров процесса, таких как модель материала, механические характеристики материала заготовки, тип элементов, кинематические нагрузки, условия контактного взаимодействия элементов между собой и т.д
Электронно-ионно-плазменное модифицирование поверхности силумина заэвтектического состава
Get PDFIn this study, an integrated treatment approach was employed to modify hypereutectic silumin. This method involved electroexplosive alloying of the surface layer with yttrium oxide powder, followed by irradiation with a pulsed electron beam. The experimental data obtained demonstrate that this integrated treatment results in the formation of a submicron-nanocrystalline structure characterized by high-speed cellular crystallization of aluminum within the surface layer. This structure is composed of crystallization cells enriched with aluminum atoms, indicating the creation of a solid solution based on aluminum. The nanocrystalline layers, formed by silicon particles and yttrium oxide, are positioned at the cell boundaries. The study reveals that, as a consequence of integrated treatment with an electron beam energy density of 25 J/cm2 , the wear parameter of the modified samples increases by 7.9±0.6-fold, and the friction coefficient decreases by 1.7±0.15-fold compared to the initial state. Additionally, the microhardness of the modified silumin surface layer increases by 1.5±0.12-fold compared to the initial state. When the electron beam energy density is elevated to 35 J/cm2, the wear parameter of silumin is enhanced by 2.1±0.21-fold, while the friction coefficient increases by 1.13±0.1-fold. However, the microhardness decreases by 1.3±0.13-fold, while still surpassing the specified characteristics of untreated silumin. This investigation postulates that the substantial increase in the wear parameter during integrated treatment may be attributed to the presence of silicon inclusions in the surface layer that did not dissolve during the modification process. These inclusions are surrounded by the high-speed cellular crystallization structure mentioned earlier. В настоящем исследовании проведена сложная обработка силумина заэвтектического состава, включающая комбинацию электровзрывного легирования поверхностного слоя порошком оксида иттрия с последующим облучением импульсным электронным пучком. Полученные данные свидетельствуют о том, что такая комплексная обработка приводит к созданию многофазной субмикро-нанокристаллической структуры высокоскоростной ячеистой кристаллизации алюминия в поверхностном слое. Объем кристаллизационных ячеек обогащен атомами алюминия, что свидетельствует об образовании твердого раствора на основе алюминия. Нанокристаллические слои, образованные частицами кремния и оксидом иттрия, расположены вдоль границ ячеек. Исследование показывает, что в результате комплексной обработки при плотности энергии электронного пучка 25 Дж/см2 происходит увеличение параметра износа модифицированных образцов в 7,9±0,6 раза и уменьшение коэффициента трения в 1,7±0,15 раза по сравнению с силумином в исходном состоянии. Кроме того, микротвердость модифицированного таким образом поверхностного слоя силумина возрастает по сравнению с исходным состоянием в 1,5±0,12 раза. Повышение плотности энергии электронного пучка до 35 Дж/см2 приводит к увеличению параметра износа силумина в 2,1±0,21 раза, коэффициента трения в 1,13±0,1 раза и снижению микротвердости в 1,3±0,13 раза, при этом все еще превышая заданные характеристики силумина в исходном состоянии. В исследовании предполагается, что многократное увеличение параметра износа при комплексной обработке связано с присутствием в поверхностном слое включений кремния, которые не растворились при модификации, в окружении высокоскоростной ячеистой кристаллизационной структуры.