Физика /
←предыдущая следующая→
1 2 3
МАТЕРИАЛЫ РАБОТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ
ВНЕ¬КЛАССНОЙ РАБОТЫ СО СТАРШЕЛАССНИКАМИ.
Мы знаем, что разные детали, механизмы изнашиваются в про¬цессе работы, и для того, чтобы их отремонтировать и снова пус¬тить в эксплуатацию, тратятся большие средства. Надо, чтобы при изготовлении машин затрачивалось как можно меньше материала, и чтобы изделие было качественным, подольше служило людям. Од¬ну из этих проблем и решает порошковая металлургия.
При рассмотрении изношенных деталей можно видеть, что из¬нашиванию подвержена не вся деталь, а лишь ее поверхность, т.е. то, что соприкасается с другими механизмами в процессе работы.
Таким образом, чтобы продлить жизнь детали, надо как мож¬но лучше обработать ее поверхность, т.е. состояние поверхност¬ного слоя и определяет работоспособность и срок службы деталей. Для того, чтобы обеспечить эти свойства, создаются материалы, которые способны противостоять различным воздействиям и обеспе¬чить небольшой износ. Долгое время для изготовления деталей ис¬пользовались разные легирующие добавки. В настоящее время раз¬вивается технология изготовления деталей нанесением покрытий различного назначения на их поверхность. Покрытие предотвращает или замедляет взаимодействие основы материала с окружающей сре¬дой, защищая его от износа, окисления при высоких температурах, и других видов разрушения. Разработка составов и методов нанесения защитных покрытий различного назначения на изделия из металлических материалов рассматривается сейчас как одно из наиболее важных направлений материаловедения, развитие которо¬го позволит существенно поднять технико-экономическую эффек¬тивность производства и уровень многих отраслей современной техники. Эта проблема актуальна сейчас и будет актуальна в XXI столетии.
Разработка и применение покрытий вызваны следующими при¬чинами. В ряде случаев задача защиты детали вообще не может быть решена без использования покрытий. Например, нельзя ис¬пользовать детали из тугоплавких металлов (молибдена, вольфра¬ма) и сплавов на их основе при высоких (1070 К) температурах в окислительных средах без защиты их поверхности от разрушения. Кроме того, покрытия позволяют существенно увеличить срок служ¬бы изделий. А также позволяют заменить дорогие и дефицитные материалы более доступными и простыми без снижения их эксплуа¬тационных свойств.
Кроме специфических требований, обусловленных условиями эксплуатации, есть ряд общих требований, которые предъявляют¬ся почти ко всем типам покрытий. К ним относятся плотность и сплошность покрытий, предотвращение проникновения жидкой или газовой агрессивной среды к поверхности защищаемого материала, совместимость с материалом основы.
Основными методами получения покрытий из порошковых мате¬риалов являются наплавка, напыление, припекание.
Напыление - это процесс получения покрытий путем нагрева частиц материала до высокопластического или расплавленного состояния и переноса их горячей струёй газа на обрабатываемую по¬верхность.
В зависимости от источника энергии существующие методы и аппараты для напыления можно разделить на газопламенные, плаз¬менные, электродуговые и др. Достоинства напыления: почти пол¬ное отсутствие термодеформаций и искажения геометрических раз¬меров заготовки, простота нанесения покрытий на конструкции сложной конфигурации, малый вес и небольшие размеры оборудова¬ния и др.
Для нанесения толстых (от долей до нескольких миллиметров) покрытий применяют наплавку. Для нее характерно то, что поверх¬ностный слой покрываемого изделия расплавляется на определенную глубину и смешивается с наплавленным материалом. Преимущества наплавки - широкий ассортимент применяемых материалов, высокая производительность, возможность получения толстых покрытий, что важно для восстановления деталей с большим допустимым износом. Недостатком является разупрочнение материала основы в результа¬те проплавления на большую глубину, что очень нежелательно.
Припекание - процесс получения покрытий из металлических порошков, который заключается в нанесении на поверхность дета¬ли порошкового слоя и нагрева его до температуры, обеспечиваю¬щей спекание порошкового материала и образование прочной диффу¬зионной связи с деталью. Принципиально важно, что покрытие в процессе нанесения практически не расплавляется.
Остановимся подробно на методе припекания.
Когда материал подвергается нагрузке, в нем происходит диффузия, тем более активная, чем выше температура. Металл сос¬тоит из зерен, которые деформируются под действием силы. В лю¬бом кристалле содержатся дефекты в виде вакансий.
Текучесть жидкости объясняется тем, что жидкость пронизана вакансиями и, прилагая к жидкости силу, заставляем диффузию протекать: атомы занимают вакансии, которые перемещаются соот¬ветственно. Происходит это в направлении силы и во всем объеме.
В результате приложения силы к металлу, возникает ускорен¬ная диффузия между источниками и стоками вакансий (т.е. между теми местами, где вакансий много и теми где их мало). Такими источниками являются границы зерна. Единого потока диффузии, как в жидкости нет, так как каждое зерно деформируется по-сво¬ему. Поэтому коэффициент вязкости металла зависит не только от коэффициента диффузии, но и от структуры металла. Если зерно крупное, то - увеличивается, если зерно мелкое, то -уменьшается ( - коэффициент вязкости). Итак, в результате протекания множества диффузионных микропотоков, порошок припе¬кается к поверхности детали.
Процессы припекания очень неоднородны во времени и в про¬странстве.
На протяжении процесса изменяется, так как структура металла нестабильна, т.е. зерна меняют свою конфигурацию - мел¬кие зерна поглощаются крупными.
Чтобы на поверхности детали получился прочный слой, хорошо сцепленный с основой, необходимо активирование поверхности де¬тали, порошка или того и другого вместе.
Технологически наиболее доступными и эффективными счита¬ются следующие процессы активирования:
химическое - введение специальных добавок, уменьшающих окисление и разрушающих окисные пленки;
температурное - ускоренный нагрев, введение присадок, сни¬жающих температуру плавления на контактах;
силовое - необходимое для получения надежного контактиро¬вания.
Температурное активирование заключается в ускоренном нагре¬ве, который сопровождается повышением активности диффузионных процессов, в создании на некоторое время локальных температур, превышающих температуру плавления, и в снижении температуры появления жидкой фазы за счет присадок.
Теория процессов спекания и припекання активно развивает¬ся вот уже около 40 лет, совершенствуются порошковые технологии. За ними большое, перспективное будущее.
ВЫВОДЫ
1. Систематизирован материал по литературным источникам по¬следних лет по температурному активированию припекания порошковых покрытий.
2. Построена 3-х параметрическая модель припекаемой вязкой пористой среды.
3. Выполнены приближенные расчеты кинетики припекания поро¬шкового слоя в рамках построенной модели; результаты при¬ведены в соответствие с экспериментами ИНДМАШ АН Беларуси для порошка ПГ-СР4.
4. Полученное уравнение кинетики припекания может служить основой дальнейших экспериментов по температурному акти¬вированию процессов припекания различных порошков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М., Наука, 1965.
2. Алинзаде Ю.А. Теория упругости. - М., Высшая школа, 1976.
3. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Жорник А.И. Получение пок¬рытий методом припекания. - М., Наука и техника, 1980.
4. Ковальченко М.С., Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. - Киев, Наукова думка, 1980.
5. Скороход В.В. Реологические основы теории спекания. - Киев, Наукова думка, 1972.
6. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Кашинын Л.П. Теоретические основы получения деталей с припеченным слоем. - Докл. АН БССР, 1974, т. 18, № 5.
7. Абрамович Т.М., Меленевский И.П., Ройзенвассер Л.С., Ста¬ровойтова Л.А. Исследование кинетики уплотнения припекае¬мых покрытий из металлических порошков. - В кн. Повышение надежности и долговечности деталей машин, механизмов и свар¬ных конструкций. - Мн, Бел. НИИНТИ, 1982.
8. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Ярошевич В.К. Импульсные методы нанесения порошковых покрытий. - Мн., Наука и тех¬ника, 1985.
9. Федорченко И.М. Современные тенденции в развитии порошковой металлургии. - Порошковая металлургия, 1985.
10. Абрамович Т.М., Симонов Ю.А., Дорожкин Н.Н., Дьяченко О.В. Кинетика уплотнения плазменно напыленного порошка системы Fe-Cr-B-Si оплавленного лазерным лучом. – Сборник научных трудов 9 Международной конференции «Математические модели физических процессов», Таганрог, изд. ТГПИ, 2003 г.
←предыдущая следующая→
1 2 3