• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21 июня
ПНИПУ
222

В Пермском Политехе разработали технологию, которая исключает причину дефекта титановых сплавов

4.3

Ученые ПНИПУ выявили основную причину возникновения альфа-слоя титановых отливок и разработали эффективную технологию, которая значительно снижает вероятность его проявления, вплоть до полного устранения.

Микроструктура внутреннего объёма керамических оболочек из электрокорунда, а – «рыхлая» структура, б –«плотная» структура / © Николай Углев, пресс-служба ПНИПУ

Во время производства деталей двигателей, например, рабочего колеса насоса для окислителя компонента топлива, применяют технологию литья из титановых сплавов в вакуумных центробежных установках. Практически всегда на отливках образуется поверхностный слой, который отличается по своим свойствам и составу от сердцевины. Он характеризуется высокой твердостью и хрупкостью, является причиной образования трещин при эксплуатации изделия. Другое его название — альфа-слой. Он плохо поддается механической обработке.

Технологам приходится учитывать его величину при проектировании размеров отливки, а затем проводить дополнительную трудоемкую обработку деталей для удаления этого слоя. За несколько десятков лет исследований мировая наука предложила вероятные причины проявления эффекта, сформировала ряд рекомендаций и технологических приемов, иногда очень дорогостоящих, позволивших уменьшить образование альфа-слоя, но до конца проблема не устранена. Именно этот фактор, – устойчивость эффекта, – позволил ученым ПНИПУ выявить основную причину возникновения альфа-слоя и разработать эффективную технологию, которая значительно снижает вероятность его проявления, вплоть до полного устранения.

На изобретения выданы патенты. Работа выполнена за счет средств кафедры химических технологий ПНИПУ в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

На производстве в процессе литья деталей титановые сплавы, содержащие в качестве одного из компонентов алюминий, заливаются в специальные керамические литейные формы. Все происходит в вакууме на крупногабаритных установках, которые позволяют одновременное изготовление нескольких деталей. Температура работы – около 1700 °С. После заливки и охлаждения в вакууме, керамические оболочки дополнительно охлаждают на воздухе и извлекают из них готовые отливки, которые нуждаются в обработке.

Ученые Пермского Политеха обратили внимание на лицевой слой отработанных (сломанных) керамических оболочек. Анализ состава «черепков» по глубине слоя показал, что в керамике содержится большое количество алюминия и частично титана, вплоть до глубины 1-2 мм. Причем, чем глубже, тем содержание металлов меньше. Оказалось, что характер их распределения по толщине слоя керамики сильно зависит от технологического приема, который применяют в каждом конкретном случае при заливке для снижения глубины альфа-слоя в металле – чем меньше величина альфа-слоя, тем меньше металла содержится в «черепках». Учитывая, что материал керамики не смачивается расплавленным металлом, это указывало на то, что внутрь пор керамической оболочки металлы попадают в виде пара.

«Расчет показал, что при условиях заливки расплав находится в кипящем состоянии, его пары действительно интенсивно проникают внутрь пористой керамики. Но это означает и то, что эти потоки формируются и в жидкой фазе металла, прилегающей к лицевой стенке оболочки. Они разрушают структуру расплава и, вероятно, образуют паровые каналы напротив пор оболочки. При быстром остывании заготовки такая неравновесная структура слоя «замораживается», образуя «газонасыщенный слой». Ранее такое явление не рассматривалось как возможный фактор появления альфа-слоя», – рассказывает доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Николай Углев.

Обычно альфа-слой удаляют с помощью химической или механической обработки. Это не только увеличивает расход сплавов, но и занимает дополнительное время. Поэтому далее политехники нашли способ предотвратить образования альфа-слоя. Они предлагают перекрыть поры в керамической оболочке специальными наполнителями, в роли которых выступают мелкодисперсные инертные вещества, наилучший из которых – оксид алюминия в виде водного раствора алюмозоля. На основе его использования ученые разработали технологию пропитки керамической оболочки.

«Необходимо использовать свежий или восстановленный компонент в концентрации 8-10 процентов, который заливается в керамическую оболочку и под действием внешнего давления пропускается через ее стенку со стороны лицевой поверхности. При этом поры быстро заполняются оксидом алюминия, за счет чего существенно снижается газопроницаемость керамики. Внутренняя полость пропитанной оболочки ополаскивается водой и сушится на воздухе 1-2 суток, или при температуре до 80 °С несколько часов. Затем форму необходимо прокалить при температуре примерно 600 °С. После этого она считается подготовленной к заливке титанового сплава. Такая пропитка дает максимальную герметизацию», – объясняет аспирант кафедры химических технологий ПНИПУ Вячеслав Пунькаев.

Ученые Пермского Политеха разработали способ нанесения специального покрытия на керамические формы для литья титановых сплавов. Разработка позволит создавать качественные отливки без проведения дополнительной обработки наружного слоя, сэкономит время и средства. Сейчас разработчики ищут возможности для ее внедрения на производства. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 14:02
Татьяна

Больше 10 лет Curiosity ищет свидетельства обитаемости Марсе. В его арсенале — инструменты для анализа горных пород и минералов, сформированных в эпохи, когда Красная планета была пригодна для органической жизни. И вот новое открытие: на пути к пику Шарп в ударном кратере Гейла марсоход впервые обнаружил кристаллы серы — необходимого строительного элемента белков.

Вчера, 11:31
ПНИПУ

День металлурга в 2024 году россияне отмечают 21 июля. Ученые Пермского Политеха рассказали, какой металл самый распространенный, какой — не утонет в воде, где можно встретить титан, можно ли потрогать обедненный уран, что опаснее — вдохнуть или проглотить ртуть, есть ли ее безопасный аналог и какой элемент не существует в чистом виде.

Позавчера, 19:04
Александр Березин

По уточненным данным, для свода Международной космической станции с орбиты компания Илона Маска использует сильно измененный грузовой корабль, имеющий рекордно большое количество двигателей (больше, чем у любого другого корабля в истории). Однако это не будет Starship, хотя для него такая задача в теории была бы проще.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

16 июля
Татьяна

Аппарат «Кассини», работавший на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, детально картировал его крупнейший спутник — Титан. Выяснилось, что ближе к полярным областям на поверхности есть моря и озера с жидкими углеводородами, куда впадают пополняемые атмосферными осадками реки. По мере изучения этой информации у исследователей возникло все больше вопросов. Каков состав жидкости и что определило очертания береговых линий? Воспользовавшись данными радарной съемки, американские ученые уточнили состав морей Кракена, Лигеи и Пунги и описали свойства их поверхностей.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно