УДК 621.746
ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ ТИТАН - ПЕНОАЛЮМИНИЙ
© Ковтунов Александр Иванович, д-р техн. наук, проф., e-mail: akovtunov@rambler.ru;
Хохлов Юрий Юрьевич, e-mail: y.y.khokhlov@rambler.ru; Мямин Сергей Владимирович, e-mail: oddknock@mail.ru ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет». Россия, г. Тольятти Статья поступила 05.05.2014 г.
Предложена технология жидкофазного формирования композиционных материалов системы титан-пеноалюминий. Проведены сравнительные исследования механических свойств пеноалюминия и композиционного материала титан - пеноалюминий.
Ключевые слова: пеноалюминий; титан; расплав; флюс; гранулы.
композиционный материал; алюминиевый
Опройка
Благодаря необычайному сочетанию физико-механических свойств пеноалюминий находит все более широкое применение в различных отраслях промышленности. Пеноалюминий имеет низкую плотность, обладает низкими значениями коэффициентов тепло- и электропроводности, высокой сопротивляемостью воздействию огня, способностью эффективно поглощать энергию удара и экологической чистотой. Однако механические свойства пеноалюминия не отличаются высокими показателями, поэтому была разработана технология получения слоистых композиционных материалов титан - пеноалюминий, которые при низкой плотности характеризуются более высокими значениями прочности при изгибе [1]. Технология основана на совместной прокатке пеноалю-миния и титана, отличается высокой трудоемкостью и применима для получения ограниченной номенклатуры изделий [1].
С целью расширения области применения слоистых композиционных материалов титан - пеноалюминий была предложена технология, которая основывается на одновременном формировании слоистого композита и пористой структуры алюминиевого слоя при заливке литейной формы алюминием. При этом для формирования композиционной структуры в литейную форму предложено предварительно устанавливать титановую арматуру, а для формирования пористой структуры форма заполняется гранулами из водорастворимых солей [2, 3]. После затвердевания полученную отливку извлекают из формы и помещают в воду для растворения соли. Размер пор алюминиевого слоя
определяется размером гранул, а пористость находится в пределах 45-70% [4].
Исследование процессов формирования композиционного материала проводили с использованием металлических форм с нижним подводом металла и с размерами рабочей полости 100x100x20 мм. В форму предварительно устанавливали титановые пластины толщиной 1,35 мм и заполняли пространство между пластинами гранулами NaCl диам. 6-8 мм. Титановые пластины подвергали предварительному травлению в растворе, состоящем из 20-30 мл HNO3, 30-40 мл HCl на 1 л воды [5], а затем покрывали флюсом на основе эвтектической системы KF-AlF3 [6]. Температура заливки формы алюминиевым расплавом АК12 составляла 800-820 °С.
Прочность сцепления слоев композита на отрыв определяли на специально изготовленных образцах (рис. 1, а). Испытания при сжатии проводили для образцов из пеноалюминия и композиционного материала титан - пеноалюминий (рис. 1, б).
б
А1пщштый
АЬсристьи
Титан
Пенпалтиний
П&юатмшш
Рис. 1. Схема испытаний образцов: а - на отрыв слоев композита; б - на сжатие; в - на изгиб с расположением титановых пластин «плоскостью»; г - на изгиб с расположением титановых пластин «на торец»
а
в
Рис. 2. Внешний вид слоистого композицита титан - пеноалюминий
Рис. 3. Внешний вид образцов после испытания прочности сцепления слоев композита на отрыв
Свойства слоистых композитов титан - алюминий
Материал Плотность, г/см3 Прочность при сжатии, МПа Прочность на изгиб, МПа
схема 1 (см. рис. 1, в) схема 2 (см. рис. 1, г)
Пеноалюминий 1-1,2 10-12 7-7,5 7-7,5
Композит титан- 1,3-1,5 65-75 16-20
30-38
пеноалюминий
Рис. 4. Внешний вид образцов после испытания на сжатие
Испытания на изгиб проводили по двум схемам с различным расположением титановых пластин относительно плоскости нагружения (рис. 1, в и г). Исследования показали, что плотность полученных образцов (рис. 2) составляла 1,3-1,5 г/см3, прочность сцепления при отрыве 11-12 МПа (рис. 3). Предел прочности при сжатии композиционного материала составлял 65-75 МПа, что в 5-7 раз выше предела прочности при сжатии таких же образцов пеноалюминия. Разрушение образцов происходило по переходному слою между алюминием и титаном или по слою пеноалюминия (рис. 4).
Испытания на изгиб показали, что наличие титановых пластин повышает предел прочности в 2-5,5 раз. Прочность слоистого композита, испытанная по схеме, представленной на рис. 1, в, составляла 16-20 МПа, а по схеме, представленной на рис. 1, г, - 30-38 МПа, в то время как прочность пеноалюминия на изгиб находилась в пределах 7-7,5 МПа (см. таблицу).
Выводы. Показана принципиальная возможность получения композиционных материалов системы титан - пеноалюминий жидкофазными способами, которые характеризуются невысокой трудоемкостью и широкой номенклатурой полу-
чаемых изделий из указанных композиционных материалов.
Композиционные материалы титан - пеноалюминий по сравнению с пеноалюминием имеют более высокие значения прочности при сжатии и изгибе при незначительном повышении плотности.
Библиографический список
1. Полькин И.С. Пеноалюминий будущего - пеноком-позит // Технология легких сплавов. 2006. № 1-2. С. 210-211.
2. Ковтунов А.И., Семистенов Д.А., Хохлов Ю.Ю., Чермашенцева Т.В. Тепловые условия формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли // Литейщик России. 2011. № 6. С. 43-45.
3. Ковтунов А.И., Семистенов Д.А., Хохлов Ю.Ю., Чермашенцева Т.В. Исследование процессов формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли // Технология легких сплавов. 2011. № 4. С. 74-78.
4. Ковтунов А.И., Хохлов Ю.Ю, Семистенов Д.А. Исследование физико-механических свойств пеноалюминия, полученного фильтрацией через водорастворимые соли // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 6.
5. Ковтунов А.И., Мямин С.В. Исследование технологических и механических свойств слоистых титаноалюми-ниевых композиционных материалов, полученных жидко-фазным способом // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 9-12.
TECHNOLOGY OF FORMATION OF LAYERED COMPOSITE MATERIALS OF TITANIUM AND FOAM ALUMINUM SYSTEM
© Kovtunov A.I., Khokhlov Yu.Yu., Myamin S.V.
Technology of liquid-phase formation of layered composite materials from titanium and foam aluminum has been offered. Comparative researches of mechanical properties of foam aluminum and composite material from titanium and foam aluminum have been conducted.
Keywords: foam aluminum; titanium; composite material; aluminum melt; flux; granules.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.