автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии производства литого шатуна из алюминиевого сплава, армированного волокнами стали

На правах рукописи

о Г. П

О О.-

Ким Сен Гук

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛИТОГО ШАТУНА ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, АРМИРОВАННОГО ВОЛОКНАМ СТАЖ.

Специальность 05.16.04. - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре "Машина и технология литейного производство" Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения.

- кандидат технических наук.старший научный сотрудник Еобряков Г.И.

- доктор технических наук, профессор Семенов Б.И.

доктор технических наук, профессор. Щуляк B.C. (г.Москва);

кандидат технических наук, доцент Круглов С. Н. (г. Москва); Ведущая организация - АО "Москвич" г.Москва.

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты:

Завдта диссертации состоится "2d."

' 1995 г. б

СГР

часов

в аудитории Б-301 на заседании специализированного совета К 063.69.02 в Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять по адресу: 105839, г.Москва, ул. Б.Семеновская 33. МГААТМ, ученому секретарю совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук, доцент^^^/^^Здав В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Снижение массы автомобиля является одним из основных современных направлений повышения его технико-экономических показателей:уменьшение расхода топлива,снижение материалоемкости и улучшение динамики.

По данным зарубежных фирм использование 53.3 кг алюмининие-вых сплавов для автомобиля позволяет уменьшить его массу более, чем на 120 кг, что соответствует снижению расхода топлива приблизительно на 1090 л в течение ожидаемого срока службы с. пробегом 160 тыс. км. Особо подчеркивается возможность многократного использования алюми-нивых сплавов за счет переплава лома (возврат до 80 %) по относительно простой и недорогой технологии.

Однако одним из факторов, ограничивающих применение названного материала, является более низкие, чем у стали и чугуна, значения физико-механических характеристик. Современная тенденция повышения мощности двигателей при одновременном снижении их металлоемкости требует разработки новых легких материалов, имеющих повышенные прочностные, износостойкие и другие служебные характеристики.

Одним из путей увеличения (в 2-3 раза) прочности и жесткости легких металлических сплавов является их армирование высокопрочными и высокомодульными волокнами.Для решения задачи уменьшения веса автомобилей Российские и зарубежные автомобилестроительные фирмы начали применять высокопрочные алюминиевые сплавы, армированные волокнами разных материалов (металлических, керамических и др), то есть композиционные материалы (КМ), отличающиеся меньшей массой чем у чу-

гуна и стали и высокими прочностными характеристиками.

Однако, необходимо учитывать, что для широкого применения в ав томобилестроении КМ должны быть технологичными и недорогими. Поэтом продолжаются научно-исследовательские работы по созданию литых ком позиционных материалов(ЛКШ на основе алюминия в различных отрасли, машиностроения. Основными преимуществами литых композиционных деталей являются их невысокая стоимость.технологичность и возможность повторного использования лома.

Экономия топлива в ДВС связана с термодинамическим к.п.д., увеличением частоты вращения (коленчатого вала) и уменьшением веса движущихся частей в том числе шатуна - ответственной детали поршневой группы ДВС. При уменьшении массы шатуна происходит уменьшение инерционных сил, вибраций, шума и др.

Поэтому разработка технологии изготовления литого шатуна из алюминиевого сплава, армированного сравнительно дешевыми стальными волокнами, взамен шатуна изготавливаемого в настоящее время горяч штамповкой из стали 40, является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования.

Цель» настоящей диссертации является исследование и разработка технологического процесса изготовления шатуна легкового автомобиля из алюминиевого матричного сплава,упрочненного волокнами стали ВШ-9 и предназначенного для легкого двигателя.

Основные задачи исследования. Выбор и обоснование исходных материалов, разработка оптимальной конструкции каркаса ; оценка эффективности и отработка режимов предварительной обработки каркаса для

улучшения его смачиваемости расплавом при заливке; анализ состояния интерметаллидного слоя на границе раздела между волокнами и матрицей; разработка оптимальных параметров техпроцесса получения отливки алюминиевого шатуна.

Научная новизна работы:

1. Анализ закономерностей взаимодействия алюминиевой матрицы и алитированного стального каркаса показал, что прочная связь между ними отсутствует из-за наличия оксидных плен, которые приводят к образованию }шхлого 'Ш непрочного интерметаллического слоя и дальнейщ-ему разрушению КМ.

2. Теоретически и экспериментально доказано, что для получения прочного соединения между матрицей и каркасом следует наносить промежуточное покрытие в виде бинарного сплава цинка и алюминия (5%). Это покрытие смывается вместе с оксидными пленами при заливке матричного расплава, благодаря чему и достигается взаимная диффузия и образование тоннкого интерметаллического слоя с незначительным содержанием железа, прочно связывающего матрицу и волокна.

3. На основе анализа напряженно-деформированного состояния шатуна при работе разработана оптимальная конфигурация каркаса для отливок шатуна и технология его получения из 7-волоконных полуфабрикатов.

Практическая полезность.

1. Разработаны практические рекомендации по технологии изготовлению алюминиевого шатуна, обеспечивающие использование алюминиевого

сплава взамен стали 40.

2. При замене шатуна из стали 40 на алюминиевый шатун, армированный композитной вставкой достигается снижение массы шатуна на 4i;

/о .

3. Решены проблемы ограничения формирования интерметаллическогс слоя с низкой прочностью, возникающие при использовании дешевогс стального волокна для КМ на основе алюминия. Это способствует применению разработанного композитного материала не только для шатуна, не и для других деталей.

Реализация результатов работы.

Полученные результаты проведенной последовательной работы имен» научно-практическую полезность и будут использованы АО НИИТавтопрс» при создании специального оборудования и технологии изготовления отливок шатуна и других композитных деталей.

Экономическая эффективность.

Использование композиционного материала, армированного стальным! волокнами для шатуна даст следующие результаты : снижение расход; топлива 5 -10 увеличение мощности двигателя на 5-10 %, снижение веса двигателей на 10 - 12%.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на второй московской международней конференции по композитам (Москва, МГУ, 1994).

Публикация. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3 статиях (1, 2, 31.

Объем и структура работы Диссертация с общим объемом 131 странш состоит из введения, четырех глав, списка литературы (128 наименование), 2 приложений, содержит 44 рисунок, 22 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, а также приведены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе на основе анализа российских и зарубежных работ, связанных с применением композиционных материалов, армированных волокнами (КМ) для деталей автомобиля в частности шатуна показаны идеальные характеристики КМ и возникающие проблемы для широкого применения .

В настоящее время самой актуальной проблемой является высокая стоимость КМ по сравнению с обычными материалами, применяемыми для автомобиля. Кроме того для широкого применения КМ в автомобилестроении необходимо разработать технологию, учитывающую крупносерийный характер производства. Для получения качественных изделий из КМ необходимо решить следующие задачи:

- обеспечить сочетаемость межфазной поверхности между волокнами и матрицей,что необходимо для обеспечения прочности отливки из КМ ;

- в зоне локального армирования детали обеспечить равномерное распределение, требуемую ориентацию волокон в матрице и минимальную концентрацию напряж-нин;.

-исследовать и разработать оптимальные методы получения армирующих композитных-полуфабрикатов-- (каркаса)- с-необходимыми-- характерце-------

тиками.

- решить проблемы предотвращения пористости в отливках из композиционных материалов.

Сочетаемость межфазной поверхности является важнейшей из четрех

проблем. Межфазная поверхность между волокнами и матрицами термоди намически не равновесна. Между фазами существует разница химическог потенциала. При высокой температуре получения или применения КМ лег ко возникают взаимная диффузия и химическое взаимодействие межд двумя разными матрицами.

На основе литературного анализа установлено, что для получени шатуна из КМ перспективно использование метода литья с кристаллиза цей под давлением (жидкая штамповка). Была поставлена задача разрабо тать для массового производства в автомобилестроении литейный армир ванный волокнами композиционный материал (ЛКМ) с малой стоимостью, для массового производства в автомобилестроении. Работа направлен на исследование и разработку техпроцесса литого алюминиевого шатун из КМ, армированного стальными волокнами, обеспечивающего прочны связи между составляющими в КМ.

Во второй главе проведен анализ расчета НАМИ напряженно-деформи рованного состояния базовой детали по методу конечных элементов дл определения оптимальной геометрической конфигурации 'ка^йтГТПэи изме нении его материала. Надежность детали "шатун" определяется по зала су усталостной прочности. Существующий опыт эксплуатации ДВС позво ляет считать оптимальным коэффициент п=1.5. Используя расчетные зна чения максимальных и минимальных нагрузок при знакопеременном натру жении шатуна, можно определить фактический коэффициент запаса в кал дой ячейке изотропного материала.

Для уменьшения количества расчетов, не имеющих принципиальног значения, была выбрана наиболее опасная часть шатуна - верхняя го ловка и проанализировано 5 ее сечений, включающих в себя наиболе нагруженные участки детали (рис.1). Из рис.1 видно, что коэффициен запаса усталостной прочности превышает во всех сечениях 1.5.

Проводя анализ конструкции на основании результатов проведенных

Рис. 1 Распределение коэффициентов запаса усталостной прочности

по зонам ( сталь 40). в НАМИ расчетов и ранее выполненной апробации этой методики можно сделать следующие выводы:

- в существующей конструкции базовый материал - сталь 40 обеспечивает установленный коэффициент запаса усталостной прочности во всех опасных сечениях шатуна. При замене стали более легким алюминиевым сплавом, как показал расчет, характер распределения напряжений практически не меняется, изменились лишь численные значения напряжений. Расчеты коэффициентов запаса для аналогичных зон представлены в таблице 1.

Для внесения конструктивных изменений необходимо изучить кинематику движений шатуна с точки зрения сопряжения его с другими детапя-

Таб. 1. Расчетные значения коэффициентов запаса шатуна из сплава АЛ9

Зона Действующие напряжения, МПа ба, МПа бга,МПа п

I II III IV V 40-0 120 - 0 20 - (-40) 120 - -120) 140 - (-200) 20 60 30 120 170 20 60 -10 0 -30 2.4 0. 8 2. 1 0. 49 0.36

ми двигателя во время работы и определить проходные габариты шатуна Определив проходные габаритные размеры, были внесены следующие коне труктивные изменения;

- увеличена толщина верхней головки с 5 мм до 6 мм;

- выполнены образующие стержневой части по касательным к верхне и нижней головкам. В результате внесенных конструктивных изменени увеличены площади сечений II, IV и V зон и уменьшена площадь сечени III зоны. С изменением площади сечений изменяются и напряжения, воз никающие в шатуне при его работе. Расчетные значения запаса устг лостной прочности оптимизированной конструкции приведены на рис. 2.

Конструктивная оптимизация позволила получить деталь из изотроп ного алюминиевого сплава с требуемыми значениями коэффициентов запз са усталостной прочности в сечениях 1 и 111, а также снизить ее мае су на 35 %. Однако заниженные коэффициенты запаса во II, IV, V зона не позволяют считать эту конструкцию работоспособной. Дальнейше увеличения допустимых напряжений в направлении действия главног напряжения б". В главе определены требования к каркасу, исходя и условия, что в зонах II,IV и V должен быть обеспечен необходимый за пас усталостной прочности п=1.5 (для этого КМ на основе алюминиевог сплава должен обеспечить бв>382 МПа в шатуне).

В работе определены оптимальные места расположения и конструкци

Рис. 2. Расчетное распределение коэффициентов запаса усталостной прочности в оптимизированной конструкции.

армирующего каркаса.

Для проектирования армирующего каркаса определен тип стальных проволок с бв >2000 МПа. Это проволоки из стали ВНС-9 диаметром 0.15 мм (бв=3300 МПа). Также определены необходимое количество стальных проволок из композиционных полуфабрикатов в опасных сечениях.

В третьей главе рассмотрены вопросы физико-химического взаимодействия алюмииниевой матрицы и каркаса при заливке и затвердевании отливки. Было проведено исследование интерметаллических слоев, образующихся на границе раздела между матрицей и волокнами в композитах "алюминий-сталь", с целью поиска способов получения тонкой структуры переходного слоя, обеспечивающего получение в композите повышенных физико-механических характеристик. В работе использовали волокна ди-

аметром 0.15 мм из стали ВНС-9 (бв=3 ЗООМПа) в качестве армирующег наполнителя. Для получения качественного соединения стальной провс локи с алюминиевым сплавом исследовали эффективность нанесения прс межуточного слоя из цинкового сплава.

Цинк не принимает участия в образовании переходного слоя интер метаплидов, а только помогает созданию физического контакта межд матрицей и волокнами.

Одно из положительных действий цинка заключается в том, что цин обеспечивает надежную защиту расплавленного алюминия от окислени благодаря чему облегчается диффузионное взаимодействие вставки алюминиевого сплава.

Для выяснения эффективности обработки композитного каркаса цин ковым сплавом проводился сравнительный микрорентгеноспектральны анализ ЛКМ (алюминиевый сплав - сталь) :1,- без покрытия цинковы сплавом каркаса(в кочестве покрытия каркаса использованы сплавы АЛи АД-1) ; 2. - с покрытием цинковым сплавом каркаса из 7-волоконна проволоки на основе цинкосодержающего алюминиевого сплава В-95.

Для исследования был взят готовый КМ из работы [3] состоящий и матричного сплава каркасной проволоки из стали ВНС-9, соединенно предварительно в 7-волоконный каркас алюминиевым сплавом АД-1 и за тем - в 49-волоконный каркас сплавом АЛ-2. Наличие в композите раз ных сплавов позволяет проследить взаимную диффузию различных элемен тов и их влияние на прочность соединения.

С целью исследования взаимодействия системы матрица-каркас первой серии экспериментов проводили термообработку образцов по еле дующему режиму: нагрев до температуры 440 °С и выдержка в течение часов, далее нагрев до температуры 525 °С и выдержка последовательн 5, 10, 20, 25, 35 часов, далее закалка на воздухе. При исследовани микроструктур исходного образца(без покрытия цинком) четко выявляет

ся граница между матрицей АЛ23 и покрытием АЛ2, но уже после 10 часов нагрева эта граница полностью исчезает и появляются включения р-фазы А1 з Мй2 за счет диффузии Мб из АЛ23 в АЛ2. Через 15 часов нагрева &-фаза АЬ3М&г частично появляется и в покрытии АД-1, а через 20 часов А13!^2 образуется даже в тех местах покрытия АЛ2, которые отделены достаточно толстой, 2-2.5 мкм окисной пленкой от матрицы АЛ23. В то же время, при такой термообработке начинается активный рост интерметаллидного слоя, толщина которого увеличивается почти в 8 раз, что приводит к снижению физико-механических характеристик композиционного материала. Обычно оптимальной толщиной переходного слоя считается 4 -8 мкм .

Характерным результатом данного воздействия является то, что диаметр волокна уменьшается при увеличении времени выдержки. Это говорит о том, что процессы переноса развиваются не только в матрице, но и в волокне. При этом наблюдается преимущественная диффузия железа в алюминий с образованием прослойки, представляющей собой менее богатое алюминием соединение типа РеА15 с большой твердостью. Зона представляет собой смесь иглообразных кристаллов интерметаллических фаз с алюминиевой матрицей.

Проведенный микрорентгеноспектральный анализ показал, что состав переходного слоя (в большей части) соответствует соединению типа РеА13. Хрупкость этих фаз и возможность появления трещин и пор при росте интерметаллических фаз влияют негативно на прочность композита, превращая его в несвязанной пучок волокон.

Механические испытание композита подтвердили, что разрушение композита начинается в большенстве случаев из-за разрушения хрупких интерметаллидов.

Во второй серии экспериментов микрорентгеноспектрального анализа в качестве матрицы был использован алюминиевый сплав АЛ9В. Основу

армирующего каркаса составляли однонаправленные сталь-алюминиевые композиционные полуфабрикаты диаметром 0.5 мм с объемной долей волокон до 70%. В качестве покрытия 7-волоконного полуфабриката использован алюминиевый сплав В95. Для улучшения смачивания композитной вставки на ее поверхность наносили слой из лэгкоплавленого звтектив-ного цинкового сплава (Ът\ 95+ А15%).

Для уточнения химического состава переходного слоя композита в литом состоянии в трех точках проводили количественный микроректге-носпектральный анализ (рис. 3}.

В литом состоянии, толщина переходного слоя составляет 3.73 мкм. Результаты анализа показали, что на границе раздела (точка А) цинк отсутствует. В переходной зоне(точки В151, В152, В153) суммарное содержание железа и алюминии меньше 100%, что свидетельствует об участии кремния в формировании интерметаллидов. Можно предположить,что кремний, содержащийся в количестве 7.8% в матричной сплаве АЛ9В. диффундирует в межфазный слой.Этому способствует нанесение промежуточного покрытия из цинкового сплава эвтектического состава и приложение высокого давления при кристаллизации.

Установлено, что добавки кремния к жидкому алюминию увеличивают скорость растекания, работу адгезии, улучшают смачивание, тормозят прорастание интерметаллической фазы в расплав. Небольшие добавит кремния (0.75 - 2.16 мас%) увеличивают площадь растекания более чем в два раза. Тормозящее действие кремния на рост переходного интерметаллического слоя связано, с изменением природы образующей« интерметаллической фазы, которое, по видимому,может быть отношено * системе А1-Ге-51. Косвенным доказательством этого являются данные к

Рис. 3 Результат микрорентгеноспектрального анализа ЯКМ на основе

АЛ9 .

рорентгеноспектрального анализа (РСА), указывающие на участие кремния в формировании переходного слоя.Эксперименты показали, что < введением кремния в расплав алюминия толщина слоя значительно уменьшается, сглаживаются характерные для системы AI-Fe столбчатые кристаллы интерметаллической фазы, отсутствует явная текстура роста Микротвердость снижается с 11,000 до 7.800 МПа (соответственно для • и 9 масс% Si). Покрытие каркаса цинковым сплавом способствует диффузии кремния в интерметаллоидный слой, предотвращает окисление межфазной поверхности и обеспечивает оптимальную толщину переходноп слоя и прочную связь между матрицей и каркасом.

В четвертой главе приводятся экспериментальные исследования п< оптимизации технологии производства литого шатуна из JIKM.

Б главе выбраны исходные материалы для композитного шатуна. Дл: определения режима дальнейшего процесса рассмотрены характеристик волокна в том числе влияния нагрева на свойства ВНС-9.

Определены режимы процессов получения каркаса и покрытия ег< цинковым сплавом. Практика доказывает, что главный недостаток выб ранной ранее схемы армирования заключается в наличии концентра тов напряжений у концов композитных стержней и недостаточной проч ности связи между вставкой и формообразующим сплавом, приводящих отрыву вставки от детали при усталостных испытаниях.

На основе теоретического анализа был сделан вывод о целесообраз ности увеличения"площади поверхности каркаса при"сохранении объемно доли наполнителя и обеспечения захода волокон из стержневой част шатуна в верхнюю и нижнюю головки. Вместо коротких 49-волоконны стержней использовали каркас замкнутого типа, изготовленный намотко из 7-волоконных проволок.

Определен режим покрытия каркаса цинковым сплавом: покрытие наносили при 570 "С погружением в ванну с расплавом (95%гп, 5'Ш) с выдержкой 15 мин. После охлаждения каркас приобретал жесткость и сохранял ранее приданную ему конфигурацию.

Для обеспечения гарантированного заполнения формы при заливке потребовалось окно в каркасе. В результате экспериментальной проверки установлено, что для качественного заполнения полости формы расплавом достаточно выполнить каркасе одно окно в нижней головке. Исходя из расчета допустимых предельных напряжений в шатуне определено оптимальное сечение окна.

На рис.4 показан окончательный вариант окна в готовом состоянии для установки в пресс-форму.

Рис. 4 Подготовленный каркас с окном для установки в пресс-форму.

При экспериментах по заливке формы расплавом наблюдались остатки покрытия цинкового сплава в конце пути течения расплава. Эти остатки покрытия выделяются из отливки при термообработке, разрушая ее конфигурации. Для решения этой проблемы в прессформе у нижней головки

отливки были установлены дополнительные промьюники. Результаты эь периментапьных исследований показали, что промывники обеспечивг удаление промежуточно технологического цинкового слоя в процес литья.

В соответствии с теоретическими и экспериментальными оценке можно предполагать, что оптимальные параметры технологии получек армированной отливки обеспечит литье с кристаллизацией под давлет (жидкая штамповка), когда время нахождения армирующего каркасг жидком металле больше, чем при литье под давлением, но меньшее, L при литье в кокиль. Получение композитных вставок и их подготог проводили в МГАПИ, отливок армированных шатунов - в НИИТавтопрс методом литья с кристаллизацией под давлением.

Технологические режимы были выбраны в соответствии с рекомен/ циями полученными из теоретических оценок оптимальных значений naj: метров технологического процесса, которые включают температуру г» кого металла при заливке 720 - 760 °С, температуру предварительнс подогрева композитной вставки и формы 200 °С, время нахождения кс позитной вставки в жидком металле в пределах 0.4 сек., давление п{ питки превышающее 10 МПа. Повышение давления приводит к уменьшеь продолжительности затвердевания литых заготовок. Усадочная nopi-тость и газовые дефекты для алюминиевых сплавов устраняется при де лении пуансона 120 МПа.

Учитывая характеристики матричного сплава и стальной проволс термообработку отливок проводили по следующим режимам:

закалка - повышение температуры до 530 °С в течение 90 мин., выдержка при температуре 530 °С в течение 3.5 час, охлаждение в воздухе, а затем выдержка при температуре 196 °С в течение 6 часов. Испытание на растяжение шатуна проводилось на машине EU-100 пс

ле механической обработки внутренних поверхности нижней и верхней головок. В этом случае шатун разрушается в части нижней головки и его средние прочности достигаются;

• АЛ9В бв = 220 МПа (в литом состоянии)

бв = 255 МПа (после термообработки)

• Композиционные материалы (АЛ9 + сталь ВНС-9)

бв = 430 МПа (в литом состоянии) бв = 462 МПа (после термообработки)

Полученные результаты для литого шатуна из ЛКМ превышают требуемое по расчету значение прочностных характеристик проектируемого шатуна (бв = 382, указана в таб. 2.5 диссертации) для обеспечения не-

Рис.5 Литой шатун из ЛКМ на основе АЛ9 обходимого запаса усталостной прочности п = 1.5 и на 21 % превосходят результаты, полученные Г. А.Юдином, который достиг п =1.23 . На рис. 5 и 6 показаны изготовленная отливка (шатун из КМ) после разрушения при испытании на растяжении и ее микроструктура.

Повышение прочности алюминиевого сплава с помощью армирования

стальными волокнами позволяет заменить сталь 40 на алюминиевый сп.

Рис.6 Микроструктура АЛ9 армированного стальными волокна;

АЛ9 и другие алюминиевые сплавы для шатуна. В результате данной [ боты получены литые шатуны из алюминиевого сплава, армирование стальными волокнами, массой 0.365 кг взамен изготавливаемого в н< тоящее время горячей штамповкой стальной детали массой 0.630 кг.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ закономерностей взаимодействия алюминиевой матрицы и алитированного стального каркаса показал, что прочная связь между ними отсутствует из-за наличия оксидных плен, которые приводят к образованию лыхлого и непрочного интерметаллического слоя и дальнейшему разрушению КМ.

2. Установлено, что для интенсификации диффузионных процессов обеспечивающих прочную связь между сплавом АЛ-9 и матрицей алитиро ванного каркаса, необходимо наносить на каркас тонкий слой цинкового эвтектического сплава следующего состава: (95%Zn, 5%А1). Микрорент-геноспектральные исследования показали, что при этом формируется плотный интерметаллический слой, практически не содержащий примеси железа, обеспечивающий прочную связь между алюминиевой матрицей и

3. Исследованы и определены оптимальные материалы для композитного каркаса. В качестве арматуры рекомендованы стальные волокна ВНО-9 агитированные алюминиевым сплавом В-95 и покрытые цинком. Определен режим покрытия каркаса цинковым сплавом: покрытие наносили при 570°С погружением в ванну с расплавом цинкового сплава с выдержкой 15 мин.

4. Разработана технология получения ?-волоконного полуфабриката для каркаса способом растяжения волокон ВНС-9 через расплава щшксо-держающего алюминиевого сплава В-95.

5. На основе анализа напряжено-деформированного состояния детали определена оптимальная конфигурация каркаса и выяснена целесообразность увеличения площади его поверхности при сохранении объемной

доли наполнителя и армирования .шатуна волокнами в верхней и нкзак головке. В результате разработанной оптимизации конструкции каркас увеличивается площадь его контактной поверхности с расплавом на 1.4 раз только в стержневой части шатуна, что приводит к значительно!, увеличению эффективности работы каркаса.

6. Отработаны параметры технологии получения композитной отлив? шатуна методом жидкой штамповки . Установлено, что для качественно! заполнения прессформы необходимо выполнить в каркасе технологически окно с оптимальными размерами и установить дополнительные промьи ники для гарантированного удаления цинкового сплава из верхне головки шатуна. Отработаны технологические режимы литья: темпе ратура жидкого металла при заливке 720 - 760 °С, температура лредвг рительного подогрева композитной вставки и формы 200 °С, время нг хождения композитной вставки в жидком металле в пределах 0.4 сек. давление пропитки превышающее 10 МПа. Усадочная пористость и газовь дефекты для отливок шатунов алюминиевых сплавов устраняется при дг вленим пуансона 120 МПа.

7. На основании результатов исследований и найденных параметре технологии получены отливки армированного шатуна из сплава АЛ9 с ог тимальной толщиной интерметаллидного слоя между волокнами и матрице составляющей около 4 jjjh , что обеспечило коэффициент запаса усталс стной прочности (п = 1.8), превышающий необходимый коэффициент запг са для шатуна (п = 1.5).

8. Разработанные рекомендации по технологии получения литог алюминиевого шатуна из ЛКМ используются в АО НИИТавтопром для расш; рения номенклатуры отливок из КМ и создании необходимого высокопрс ивводительного технологического оборудования.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Семенов Б.И.., Ким Сен Гук, Еобряков Г.И., Рожнов С.П., Юдин Г.А. Вторая московская международная конференция по композитам. Тезисы докладов. 1994, Москва, 16-17'рр.

2. Семенов Б.И., Ким Сен Гук, Бобряков Г.И., Рожноз С.П., Юдин Г.А. Металломатричный шатун для двигателя внутреннего сгорания *(ДВС) на основе алюминиевого сплава. Литейное производство, 1994, Но 8, 29 - 30.

3. Ким Сен Гук, Семенов БЛ1., Бобряков Г.И., Рожнов С.П., Юдин Г.А. Литые материалы сплавов алюминия, армированных композиционной вставкой. Литейное производство, 1995, N0 6, 13 - 15 с.