Влияние периода обработки электрическим полем на механические свойства алюмоматричного композиционного материала

    Воздействие электрофизической обработки приводит к позитивному влиянию на формирование структуры металломатричного композиционного материала [1, 2]. Для получения максимальных результатов от применения данного способа обработки композиционного материала должны быть определены оптимальных режимы обработки электрическим полем и при этом учитываться особенности состояния металлического расплава с введёнными в него частицами композита (ЧК).

       Для определения этих особенностей данного метода обработки алюмоматричного композиционного материала (АКМ) были проведены опыты на алюминиевым сплаве АК12 с введением частиц композита: карбида титана TiC и С (графита марки ТГ-1). Количество частиц композита составило 15 объёмных процентов от жидкого сплава. В качестве электродов для подвода электрического поля к металлическому расплаву использовали прутки из титанового сплава марки ВТ1-00 (99,70% Ti) или вольфрамового сплава марки ВА (99,00% W) с диаметром 6 мм при фиксированной площади их контакта с расплавом за счёт покрытия электродов огнеупорной обмазкой.

      Схема экспериментальной установки для электрофизической обработки АКМ представлена на рисунке. Она состоит из: ИПН - источника пульсирующего напряжения; 1 - печи сопротивления; 2 - титановых или

Рис. Схема экспериментальной установки для электрофизической обработки алюмоматричного композиционного материала

вольфрамовых электродов с огнеупорной обмазкой 3; 4 – устройства для ввода частиц композита; 5 - механизма   перемещения электродов; 6 - ковша с металлическим расплавом; таймеров Т 1 и Т 2; УД – устройства управления дозатором частиц композита.

     Экспериментальная установка для электрофизической обработки АКМ позволяла изменять периоды воздействия электрического поля, используя электроды из Ti или W в сочетании с ЧК из ТГ-1 и  TiC. При достижении металлическим расплавом фиксированной термопарой температуры ввода электродов механизм   перемещения электродов 5 погружал электроды в расплав. С помощью устройства управления дозатором частиц композита УД производили подключение к электрической сети таймера Т1, для отсчёта времени ввода ЧК. Таймером Т2 задавали длительность периода обработки АКМ, начиная с момента ввода ЧК, в зависимости от металла электродов и материала ЧК.

     Результаты проведённых экспериментов по определению влияния периода электрофизической обработки на свойства композиционного материала представлены в таблице.

Таблица. Влияние периода обработки электрическим полем на механические свойства АКМ

      Из полученных результатов опытов (см. табл.) видно, что обработка АКМ электрическим полем (позиции с 3 по 8) позитивно влияет на его прочностные свойства (Ϭ_В, МПа). В период обработки равным120 секунд после ввода частиц композита (позиции 5 и 6) достигнуты максимальные результаты по Ϭ_В для частиц композита с TiC и ТГ-1. При этом средняя величина прочности АКМ с TiC превышает эти значения у АКМ полученного с применением ТГ-1 (см. табл.). Уменьшение периода обработки до 80 с или его увеличение (160 с) снижают величины прочностных свойств АКМ.

     На основе предложенной физической модели [3] можно предположить, что при оптимальном периоде обработки электрическим полем АКМ  возникает улучшение условий воздействия на гетерогенные процессы. Их протекание на границе металлического расплава с частицами композита делает возможным возникновение гетерогенного синтеза, что сказывается на количестве структурных составляющих в единице объёма АКМ. Так анализ структуры АКМ с помощью электронной вычислительной установки “Epiguant” показал отличие средних величин зёрен структуры. У обработанного композита с частицами TiC,  при использовании электродов из  Ti, она составила 22,5310 мкм (дисперсия среднего значения равна 1,2110; критерий разнозёрности 0,045610), по сравнению со  средней величиной  зёрен структуры АКМ с частицами TiC, но без воздействия электрического поля, равной 27,9610 мкм (дисперсия среднего значения равна 1,93240; критерий разнозёрности 0,064310). Такие различия в значениях средних размеров зёрен структур и объясняют повышение величин прочности АКМ после обработки электрическим полем.

     Таким образом, обработка электрическим полем АКМ при оптимальном периоде воздействия влияет на гетерогенные процессы, происходящие на границе металлического расплава с ЧК. Такая  электрофизическая обработка приводит к повышению дисперсности структуры, что положительно сказывается на прочностных свойствах АКМ. Упрочнение структуры и рост величин прочности АКМ позволят получить заготовки деталей с минимальным весом, что повысит эксплуатационные данные деталей из АКМ. Кроме этого, за счёт снижения веса заготовок деталей увеличиваются и экономические показатели технологического процесса производства деталей для машин и механизмов.

           ЛИТЕРАТУРА

1.Миненко Г.Н. Влияние обработки электрическим полем на свойства композиционного материала с алюминиевой матрицей, «Литьё Украины», 2018, № 4, с. 7-8.

2.Миненко Г.Н. Механизм воздействия электрического поля на алюмоматричные материалы», журнал «Литьё Украины», 2018,   № 5, с. 2 – 3.

3.Миненко Г.Н. Физическая модель процесса воздействия электрического поля на композиционные материалы, «Литьё Украины», 2018, № 9, с. 2 - 4.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Миненко Георгий Николаевич, кандидат технических наук, доцент, руководитель Ресурсного центра отраслевого машиностроения министерства образования Московской области;

140002 Московская область, г. Люберцы, Октябрьский пр., 114.

E-mail: minen29ko2009@ya.ru

Опубликовано:  Литьё Украины, 2020, №1, с. 2-4