В современном мире индустрия спортивных состязаний гоночных автомобилей прочно внедрилась во многие отрасли экономики. Для некоторых государств проведение гонок класса Formula – 1 является огромным источником доходов (например, гран-при Монако). В XXI веке всё более остро становится вопрос использования новых материалов для двигателей гоночных автомобилей, мощности которых достигают 700 лошадиных сил и количество тактов в секунду доходит до 650 (пример для соревнований Формула – 1), скорости превышают 300 км/час. После проведения гонки некоторые части двигателя гоночного болида приходится полностью заменять из-за того, что за такой короткий промежуток времени соревнования (1-2 часа) они полностью приходят в негодность из-за развития микротрещин в структуре двигателя в следствие огромных термических и циклических механических нагрузок. Наиболее изнашиваемой частью двигателя гоночного автомобиля является поршень цилиндра. По утверждению специалистов немецкой фирмы Mahle, являющейся лидером в производстве поршней гоночных автомобилей, «стоимость поршня болида Formula –1 практически можно приравнять к цене золота». Основными материалами, используемыми в двигателях Формулы-1, являются алюминиевые магниевые, титановые и стальные сплавы.
Целью данной работы является получение более высокого уровня свойств промышленных алюминиевых сплавов, являющихся основным материалом в производстве современных поршней гоночных автомобилей, за счёт использования мало изученных ранее соотношений составов сплавов и легирующих компонентов, использования современных методов литья (высокоскоростное затвердевание), когда скорость охлаждения сплава достигает 106 К/с. Результатом такого оптимизирования должны стать низкий коэффициент линейного расширения, высокая прочность и жаропрочность, износостойкость и, соответственно, высокая технологичность и эффективность при производстве. В данной работе исследовались 6 сплавов на основе алюминий – магний – кремний (Al – Mg –Si), полученные путём высокоскоростного затвердевания расплава в виде гранул с последующим их прессованием в прутки с целью последующего изучения различного комплексов их свойств для выбора наиболее оптимального соотношения. Сплавы подвергались различным технологическим процедурам типа дегазации, отжига и искусственного старения. Затем изучалась микроструктура прутков, а также их непосредственного «сырья» - гранул, с целью выявить источники, влияющие на физические свойства образцов. Магний хорошо растворим в твёрдом растворе и понижает теплопроводность и жаропрочность. Для сохранения положительного влияния Mg на плотность и удаления негативного влияния на теплопроводность, он должен находиться во всех фазах в виде соединений, например, Mg2Si. Растворимость Mg2Si в алюминии намного ниже, чем у Mg.
Соединение сплавов системы Al – Mg с Si способствует повышению жаропрочности серии алюминиевых сплавов, что достигается в результате плохого взаимодействия a - твердого раствора с Mg2Si фазой. Это понижает интенсивность процесса диффузии. В то же время, Mg2Si фаза уменьшает вязкость сплавов. При использовании метода высокоскоростного затвердевания расплава всё количество фазы Mg2Si во время охлаждения оказывается в растворённом виде (пропитка раствором) и, после искусственного старения, выпавшие в осадок фазы укрепляют сплав.
Итак, разработка сплава с высоким содержанием Mg2Si фазы является главной идеей данного исследования.
Технико – экономическая эффективность результатов данной научно – исследовательской работы состоит в следующем:
- исследование технических характеристик мало изученных ранее сплавов приведёт к возможности их дальнейшего исследования и использования в других областях техники, например, в авиа космической отрасли, так как требования, предъявляемые к частям двигателей гоночных автомобилей, сходны с требованиями к авиа технике;
- применение метода высокоскоростного литья позволит уменьшить технологический цикл производства, увеличить прочностные характеристики и уменьшить себестоимость процесса производства готовой продукции.
Организация и планирование НИР.
Таблица 4.1.
Этапы выполнения НИР.
№ | Наименование этапов | Содержание работы | Трудоёмкость этапа, В раб.днях отд. испол. | Исполнители | |
внутренние | внешние | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | Подготови-тельный этап
| 1 Получение и изучение задания 2 Подробное изучение литературы 3 Написание раздела «Лит. Обзор» | 0.5 0.5
2 40
40 | научный рук инж-исслед
научный рук инж-исслед
инж-исслед |
|
2 | Теоретическая
разработка | 1.Составление, обсуждение и согласование плана проведения работ 2. Разработка методики про- ведения эксперимента | 2
2
2
8 | научный рук
инж-исслед
научный рук
инж-исслед | |
3 | Эксперимен- тальные работы и испытания | 1 Изготовление образцов 2 Термообра- ботка 3 Приготовле- ние шлифов 4. Фотографи- рование шлифов 5. Отпечатка фотографий 6. Определение твердости
| 2
12
80
2
2
4
| лаборант
инж-исслед
инж-исслед
инж-исслед
инж-исслед
лаборант | рабочий |
4 | Разработка организационно экономической часта НИР и задания по охра- не труда | 1 Выполнение задания по экономике 2. Выполнение задания по охране труда | 80 | инж-исслед | |
32 | инж-исслед | ||||
5 | Корректировка теоретичес- кой разработки по результатам испытании | 1 Анализ полученных данных 2 Построение графиков | 2
20
15 | Научный рук инж-
исслед инж-исслед | |
6 | Обобщение и выводы по теме | Обобщение | 2
42 | научный рук инж- исслед | |
результатов работы | |||||
7 | Техническая отчетность | 1.Составление технического отчета 2.Выполнение графической части | 2
42
15.5 | научный рук
инж-исслед
инж-исслед | |
8 | Заключительный этап | Оформление и утверждение результатов работы | 25 80 | Научный рук. инж-исслед |