Материал: Технология машиностроения. Проблемно-ориентированная технологическая подготовка производства энергетических установок и двигателей. Сухочев Г.А., Коденцев С.Н

мическая модель, имеет возможность многокоординатного перемещения в рабочей зоне и оператор, меняя положение формы, обеспечивает равномерное наращивание слоев металла. По завершении процесса и остывания в течение полуторадвух часов керамическую модель удаляют из металлического брикета и производят регламентные технологические операции механической и термической обработки.

На указанной установке RSP можно получать детали с максимальными габаритами 180×180×100 мм. при продолжительности одного технологического цикла 3-4 часа. То есть, в течение одной смены может быть получено 2-3 изделия.

Используя эту технологию, можно получать биметаллические композиции, формируя рабочую часть кокиля из специальной легированной стали, а корпус из обычной конструкционной стали или цветного металла с высокой теплопроводностью. Рассмотренная технология уже находится на уровне промышленного использования и успешно распространяется. Примеры деталей ракетных двигателей, полученных из сращенных из гранул никелевых сплавов заготовок по технологии Spray forming, приведены на рисунке 7.10.

Сплавы группы Al-Zn-Cu-Mg, которые давно относятся к высокопрочным, ограничены в улучшении своих прочностных характеристик эффектом макросегрегации, возникающей в отливке. Технология spray forming снимает эту проблему. Сплавы Al-Zn-Cu-Mg, полученные по новой технологии, подтверждают более высокую ударную вязкость и усталостную прочность, чем традиционно кованый алюминий.

Значительным ограничением в применении сплавов AlLi является анизотропия у деталей, получаемых из отлитых заготовок. Сплав, полученный по технологии spray forming с повышенным содержанием лития, имеет улучшенную изотропию, экспериментально показано отсутствие проблем с растрескиванием отливки и макросегрегацией. Такие заготовки отличаются содержанием кремния до 70%, что практически невозможно получить традициооным литьем из-за то-

130

тального охрупчивания из-за выпадения крупных зерен кремния при кристаллизации и высокого содержания в отлитом сплаве оксидов.

Также был получен сплав с содержание лития до 4%, плотностью 2,4 г/куб. см и с удельной жесткостью на 30% выше, чем у традиционных литых алюминиевых сплавов. Были получены сплавы группы Al-Cu-Mg-X с улучшенными по сравнению с литейными сплавами прочностными свойствами и характеристиками по износу при повышенных температурах. Самым значительным достоинством этой технологии стала возможность получения новых материалов с уникальными свойствами, а также различных функциональных покрытий.

Созданы композиционные материалы (MMC, metal matrix composite). В них матричная основа дополнена керамикой до 15% по объему, что обеспечило повышенную жесткость и износостойкость. Эти композиты получены при вдувании частиц керамики в распыленный поток металла в процессе его осаждения на матрицу по технологии spray forming. На основе алюминия получены сплавы с заданным коэффициентом термического расширения, постоянным в широком диапазоне температур, которые имеют большие перспективы применения в оборудовании для телекоммуникационных систем, аэрокосмической и оборонной промышленности.

Перспективы эта технология имеет и для получения новых конструкционных наноструктурированных материалов. Например, для дальнейшего развития отечественной технологии интенсивной пластической деформации (ИПД). Известно, что ИПД по схеме равноканального углового прессования (РКУП) позволяет получать наноструктурированные заготовки размерами до Ø85 и длиной до 300 мм, которые могут использоваться в машиностроении. При реализации технологической схемы РКУП заготовка неоднократно продавливается в специальной оснастке через два пересекающихся под углом 90 градусов канала с одинаковыми поперечными сечениями

131

при комнатной или повышенной температурах, в зависимости от свойств деформируемого материала (рис. 7.13).

Наноструктурированность материала обеспечивают за счет очень малого размера зерен. Формируемые заготовки содержат в своей структуре большее количество границ зерен, которые играют определяющую роль в формировании их традиционно недостигаемых физико-механических свойств. При традиционных методах упрочнения пластическим деформированием (прокатке, волочении, ковке) повышение прочности материала приводит к уменьшению его пластичных свойств. Наноструктурированные же в процессе ИПД материалы имеют высокую прочность и пластичность.

Рис. 7.13. Схема процесса РКУП

132

При образовании наноструктур при ИПД очень важным является не только число технологических проходов, но и состояние исходной микроструктуры материала, равномерность распределения химических элементов, составляющих лигатуру сплава по всему объему исходного материала. Технология spray forming позволяет как раз получить подготовленный для ИПД материал.

Перспективным методов внедрения наноматериалов является подшихтовка ультрадисперсных порошков в распыливаемый расплав матричного металла сплава. Этот метод позволяет создавать новые сплавы с равнораспределенным включением в объемную структуру металла наночастиц любых металлов, включая редкоземельные, а также оксидов и др. по желанию.

Процесс распыливания металла и получения порошка - атомизация (англ. atomization - распыление) варьируется в зависимости от исходного металла. В состав атомайзера входят: плавильная камера, где в вакууме или инертной среде производят расплав металла; распылительную камеру, где струю расплавленного металла, вытекающую из плавильной камеры, разбивают на мелкие капли с помощью высокоскоростного потока аргона, воздуха или водяного пара в зависимости от исходного металла и требований по форме отдельных частиц порошка.

Конструкция атомайзеров обеспечивает получение металла в слитках при сливе в изложницу, либо в виде порошка, либо в виде spray forming-заготовки. Заготовки в виде слитков используют для последующей обработки давлением прокатом или ковкой, а также при проведении необходимых технологических исследований.

Обладание такой техникой, кроме возможности проводить широкий круг научно-исследовательских и опытнотехнологических работ в области разработки перспективных технологий и материалов, также снижает зависимость от поставщиков специальных металлических порошков, так как по-

133

зволяет получать в достаточном количестве порошки для решения своих задач, а также снабжать расходными материалами AF-машины для послойного синтеза сложных изделий без последующей механической обработки [4].

Вопросы для самоконтроля

1.Приведите основные понятия и опишите виды аддитивного производства.

2.Расскажите сущность метода стереолитографии при получении литейных моделей.

3.Приведите примеры использования других аддитивных технологий в литейном производстве.

4.Дайте технологическую классификацию аддитивных методов синтеза литейных форм.

5.Для какой цели используются аддитивные технологии

Quick-Cast?

6.В чем заключается построение модели путем послойного склеивания ПВХ-пленки на 3D-принтерах?

7.Опишите порядок производства песчаных литейных форм с использованием AF-технологии.

8.Приведите примеры аддитивной технологии в порошковая металлургия для заготовительного производства наукоемких лопаточных машин.

9.Какие могут быть получены композиционные материалы с помощью технологии spray forming?

10.Каким образом реализуется возможность создания уникальных сплавов с равномерным включением в объемную структуру металла наночастиц различных материалов?

11.Опишите метод равноканального углового прессования и его возможности по наноструктурированию материалов.

134