 |
Титановые сплавы без дефекта: ученые Пермского Политеха разработали технологию, которая исключает его причину
На изобретения выданы патенты № 2775770 и № 2697204. Работа выполнена за счет средств кафедры химических технологий ПНИПУ в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
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 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%, 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.
Контактное лицо: Дарья Биянова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 20:25, 30.06.2024
Количество просмотров: 506
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
102 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
