ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ni-Al ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
102
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Список литературы
1. Боровик П. В. К вопросу качества резки шевронными ножами // Обробка матеріалів тиском.: Зб. наук. пр. № 1(34). — Краматорськ, 2013. — С. 245−250.
2. Лукашин Н. Д. Конструкция и расчет машин и агрегатов металлургических заводов: учебник для вузов / Н. Д. Лукашин, Л. С. Кохан, А. М. Якушев -М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. — 456 с.
3. Пат. 69 331 Україна, МПК B23D35/00, B23D25/00, B23D15/00. Комплект ножів ножиців для різання
листового матеріалу / Суков Г. С., Алдохін Д. В., Калашніков А. А. та ін.- Заявник ПАО & quot-Новокрама-торський машинобудівний завод& quot-. — u201112194- заявлено 18. 10. 2011, опубл. 25. 04. 2012, Бюл № 8.
4. Пат. 2 212 986 Российская федерация, МПК B23D35/00. Нож шевронный для резки листового материала / Ю. С. Котелевец, В. А. Арашкевич, Ю. Д. Иванов и др.- Заявитель ОАО & quot-Северсталь"-. — № 2 001 120 645/02- заявл. 23. 07. 2001- опубл. 27. 09. 2003.
ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ni-Al ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ
ОБРАБОТКИ
Гостищев Виктор Владимирович
к.т.н., с.н.с., ФГБОУ науки Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения
Российской академии наук, г. Хабаровск Середюк Анастасия Витальевна
аспирант кафедры «Литейное производство и технология металлов» ФГБОУ ВПО Тихоокеанского государственного
университета, г. Хабаровск Ри Хосен
д.т.н., профессор, завкафедрой «Литейное производство и технология металлов» ФГБОУ ВПО Тихоокеанского
государственного университета, заслуженный деятель науки РФ, г. Хабаровск
OBTAINING ALLOYS BASED ON THE SYSTEM Ni-Al FOR SPARK ALLOYING
Gostishchev V.V., candidate of Technical Sciences, Senior Researcher Institute of Materials HNTS FEB RAS, Khabarovsk, Russia
Seredyuk A.V., undergraduate student HVE & quot-Pacific National University& quot-, Khabarovsk, Russia Ri Hosen, Doctor of Technical Sciences HVE & quot-Pacific National University& quot-, Khabarovsk, Russia АННОТАЦИЯ
Изучены условия получения сплавов Ni — Al, Ni — Al — Cr, Ni — Al — Ti алюминотермией оксидов металлов. Установлен состав исходной шихты, обеспечивающий максимальный выход металлов в сплав. Продукты металлотермического восстановления, идентифицированы с помощью элементного и рентгенофазового анализа как интерметаллиды NiAl, содержащие хром и титан. Полученные сплавы испытаны в качестве электродных материалов методом электроискровой обработки.
ABSTRACT
Aluminum nickelides NiAl doped with titanium and chromium at aluminothermic reduction process of metal oxides have been obtained. The composition of the initial charge, the basic conditions for obtaining alloys have been determined. According to X-ray diffraction and element analyzes, the alloys obtained could be identified as nikelides of NiAl composition, containing chromium and titanium.
Ключевые слова: алюминиды никеля- хром- титан- металлотермия- синтез- фазовый и элементный состав- электроискровая обработка.
Keywords: aluminum nickelide, metallothermy, oxides, alloying elements, titanium, chromium, X-ray analysis, microstructure.
Разработка сплавов на основе интерметаллидов системы NiAl — одна из современных задач материаловедения. Интерметаллиды занимают промежуточное положение между металлами и керамикой по типу химической связи и по свойствам [1, с. 20−27- 2, с. 398]. Они имеют: высокую прочность, жаро — и коррозионную стойкость, антифрикционные свойства, относительно низкий удельный вес [3- 4, с. 29 — 32].
Немаловажную роль в формировании высокого комплекса физико-механических свойств интерметаллид-ных сплавов играет легирование тугоплавкими металлами. Например, сплавы, в которых часть атомов никеля и алюминия замещается хромом и другими металлами обладают повышенным сопротивлением к окислению при 1200 °C [5, с. 1668−1674- 6, с. 13−14], и могут найти применение в качестве покрытий деталей машин, работающих в сложных условиях эксплуатации. На сегодняшний день проблема получения алюминидов и их сплавов решается
использованием традиционных технологий, которые отличаются большими энергозатратами, многостадийностью технологических циклов, малой производительностью и не всегда обеспечивают требуемое качество получаемого продукта. Проводятся исследования, направленные на повышение эффективности известных и поиск новых методов [7- 8- 9, с. 10].
Одним из вариантов решения проблемы является получение сплавов путем металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов. Тепловые эффекты экзотермических реакций, характерные для этих процессов, позволяют в ряде случаев отказаться от печных установок для нагрева шихты. Это существенно упрощает технологию и снижает себестоимость продукции [10].
Цель настоящей работы — синтез алюминидов никеля и их сплавов с хромом и титаном путем металлотермического восстановления оксидов исходных металлов и
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
103
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
получения из них электродного материала для электроискровой обработки.
Исходными веществами служили: оксид никеля NiO чистотой 98,9% мас., оксид хрома Cr2O3 (98,5% мас.), оксид титана TiO2 (98,5% мас.), порошок алюминия (99,5% мас.), кальций фтористый марки «Ч». Фазовый состав сплавов исследовали на дифрактометре «ДРОН — 7». Элементный анализ полученных материалов выполняли на спектрометре «спектроскан — МАКС — GV». Термический анализ металлотермических систем проводили с применением дериватографа «Q — 1500». Микроструктуру исследовали на полированных шлифах с использованием растрового электронного микроскопа SU-70 Hitachi. Электроискровую обработку проводили с использованием серийно производимой установки «КОРОН 11−03». Измерение массы катода и анода проводили с помощью аналитических весов «AW 220».
Металлотермическую плавку проводят в алундо-вых тиглях. Исходные компоненты смешивают в определенных массовых соотношениях до получения однородного состава. Шихту загружают в реактор, который герметизируют и заполняют аргоном. Металлотермическая реакция инициируется электрозапалом и протекает без внешнего подогрева. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга.
Процесс металлотермического получения сплавов с определенной долей приближения может быть представлен в виде суммы восстановительных реакций оксидов металлов. Термодинамические характеристики этих реакций, лежащих в основе синтеза сплавов, представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры алюминотермических реакций
Реакции восстановления оксидов металлов Т ад, К Q, кДж/моль AG°1000K, кДж/моль
3NiO+2Al=3Ni+Al2O3 3230 968 -944
Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3 3200 536 -524
1,5TiO2+2Al=1,5Ti+Al2O3 1800 262 -251
Данные показывают, что значения величин изобар- смесей оксидов металлов с порошкообразным алюминием
ных потенциалов лежат в области благоприятной для образования сплавов этих металлов.
Восстановление оксидов металлов алюминием охарактеризовано методом дифференциального термического анализа. Результаты опытов по термографированию
при стехиометрическом соотношении представлены на рисунке 1.
А)
Б)
400
300
200
S'- Т
А™
659аС 875°С
TG

10 20 30 40 50
70 90 90 100 110 г. *
В)
Рисунок 1. Термограммы смесей оксидов металлов с порошкообразным алюминием в стехиометрическом соотношении: а — NiO — Al- б — Cr2O3 — Al, в — TiO2 — Al.
При нагревании в атмосфере воздуха на кривых ДТА наблюдается два эффекта: эндотермический при температуре плавления алюминия и экзотермический, отвечающий взаимодействию алюминия с оксидом металла. При этом восстановление оксидов вступает в активную фазу после расплавления алюминия при ~660°С и протекает по гетерогенному механизму в интервале 800−1100°С.
В ходе серии экспериментов по синтезированию интерметаллидов установлено, что выход металлов в сплав составляет 85 — 92% масс. Результаты элементного и рентгенофазового анализов показали, что получены ин-терметаллиды NiAl, содержащие хром и титан (таблица 2).
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
104
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 2
Состав и микротвердость алюминидов никеля
№ точки Содержание элементов в сплаве, % масс. Микротвердость, МПа
Ni Al Cr Ti Примеси, Fe
1. NiAl
1.1. 63,9 35,9 — - 0,2 3504
1.2. 63,4 36,4 — - 0,2
1.3. 63,2 36,6 — - 0,2
2. NiAl — Cr
2.1. 64,99 24,78 10,05 — 0,19 4672
2.2. 65,09 24,53 10,19 — 0,19
2.3. 64,90 24,88 10,02 — 0,20
3. NiAl — Ti
3.1. 64,71 24,74 — 10,37 0,18 6908
3.2. 64,77 24,51 — 10,56 0,16
3.3. 65,05 24,69 — 10,1 0,16
Микроструктура сплавов системы никель-алюминий представлена основной фазой интерметаллида, а также сплавами с включениями Cr и Ti (рисунок 2).
Полученные интерметаллидные сплавы использовали в качестве анодов при получении покрытий на стали
30. Результаты электроискровой обработки характеризуются максимальным массопереносом (рисунок 3) и отсутствием окисления.
Рисунок 2. Микроструктура алюминида никеля: А) NiAl- Б) NiAl — Cr- В) NiAl — Ti
Рисунок 3. Кинетика массопереноса на сталь 30 при электроискровой обработке: 1 — NiAl, 2 — NiAl — Ti, 3 — NiAl — Cr.
Обобщая полученные результаты можно сделать вывод, что металлотермическое восстановление оксидов Ti и Cr приводит к получению интерметаллидных сплавов, которые могут быть использованы в качестве электродного материала для создания покрытий методом электроискровой обработки.
Список литературы
1. Поварова К. Б. Физико-химические принципы создания термически стабильных сплавов на основе алюминидов переходных металлов// Материаловедение. -2007. -№ 12. — С. 20−27.
2. Morris D. G., Naka S., Caron P. (Editors). Intermetallics and Superalloys. EUROMAT 99 -Volume 10. — 2000. p. 398.
3. Колобов Ю. Р. и др. Структура и свойства интерме-таллидных материалов с нанофазным упрочнением: монография- под науч. ред. Е. Н. Каблова и Ю.Р. Колобова- Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий Белгородского гос. ун-та. -Москва: МИСиС, 2008 (М.: Тип. ИД МИСиС). -326с.
4. Рафальский И. В., Арабей А. В. Термодинамический анализ реакций взаимодействия фаз компо-
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
105
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
нентов литейных сплавов, полученных из алюмоматричных композиций. Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Белару-сия, 2011. — С. 29 — 32.
5. Uchkov S.S., Film Yu.A., Amosova L.I. Titanium-nikelide Casting Superal-loys// Proc. of the Ninth World Conference on Titanium, 1999, 7−11 June, St-Petersburg, Russia. -P. 1668−1674.
6. Фаткулин О. Х., Офицеров А. А. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов дисперсными частицами тугоплавких соединений // Литейное производство. 1993. № 4. С. 13−14.
7. Анциферов В. Н. и др. Новые материалы: Сборник под. науч. ред. Ю. С. Карабасова. — М.: МИСИС, 2002 — 736с.
8. Итин В. И., Найбороденко Ю.С.- под. ред. А.Д. Ко-ротаева. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. Сиб. физ. техн. ин-т им. В. Д. Кузнецова при Том. гос. ун-те, НИИ прикл. Математики и механики при Том. гос. ун-те. — Томск. 1989. — 209с.
9. YAKOV N. BERDOVSKY. INTERMETALLICS RESEARCH PROGRESS. EDITOR. Nova Science Publishers, Inc. NY. 2008. с. 10.
10. Соколов И. П., Пономарев Н. Л. Введение в металло-трмию: Учеб. пособие / Под. ред. А. М. Чекмарева. — М.: Металлургия, 1990. — 132с.
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЯЗКОСТИ ПОДСОЛЕВОГО СЛОЯ НА РОСТ
НЕФТЕНОСНЫХ СОЛЯНЫХ КУПОЛОВ
Танирбергенов А., Смашов Н., Ергалиев Б., МураткажинД.
Введение. В земной коре распространены солянокупольные геологические структуры. Возникновение этих структур геологи связывают с действием гравитационных сил, когда первоначально пластообразно залегавшие более легкие соляные породы поднимаясь, внедрялись в вышележащую толщу осадочных горных пород в виде соляных куполов (гравитационная неустойчивость) [1,2].
Для исследования нелинейной стадии — стадии развитого соляного купола — используются только численные методы. Предшествующие работы, посвященные численному анализу нелинейной стадии развития соляного купола, ограничены исследованием двухслойной среды: надсолевые породы — соль [5- 7]. В данной работе в связи с ростом мощности персональных компьютеров рассматривается трехслойная модель развития гравитационной
Л:
2L
V
V
dU
dx _ dx J ду
+ ¦
д
V
dU
(
2-
ду
Л *
dU dV п
---±---= 0,
dx ду
V
dV
ду
+ -
д_
dx
V
ду
dV& quot- dx
ddp + U дР + V ^= 0,
dt
dx
ду
V U V V S-V= 0,
dt
dx
ду
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
Система уравнений (1) -(5), начальные и граничные условия (6) -(8) записаны в безразмерном виде. Здесь
U, V —
соответственно горизонтальная и вертикальная
начальным и граничным условиям
p (x у, 0) = Р0 (x у), 0 & lt-р2 & lt-р0 (x у) & lt- Р,
V (x у, 0) = V0 (x у), 0 & lt- V2 & lt- V0 (x у) & lt- V,
U| dQ-[0,r] = V| dQ-[0,r] = 0
неустойчивости, при этом численно исследуются закономерности роста соляных куполов в зависимости от вязкости подсолевого слоя.
Постановка задачи. Начально-краевая задача, описывающая движение неоднородной сильновязкой несжимаемой жидкости в поле силы тяжести в плоской постановке формулируется следующим образом. В прямоугольной области Q требуется определить вектор скорости
V = (U, V),
давление
P,
плотность
Р,
V
вязкость в момент времени щих системе уравнений
t є[0,T],
динамическую
удовлетворяю-
+ -
а
V
dV
ду _ dx _
dP
dx
0,
d
±
x
V
dU
ду
_J
dP_
ду
Р
0,
(1)
(2)
составляющие скорости. Система уравнений (1)-(3) описывает движение неоднородной сильновязкой несжимаемой жидкости в поле силы тяжести, т. е. течение Стокса, а уравнения (4), (5) учитывают сохранение плотности и вязкости в любой момент времени. Коэффициент
Л
равен отношению числа Фруда к числу Рейнольдса,
Л = у* • U* /(/*2 • g)
Здесь g — ускорение свободного па-
дения, ^ ', * характерные параметры среды, соот-
ветственно кинематическая вязкость, скорость и линейный размер области. В задачах гравитационной неустойчивости отсутствует характерный масштаб скорости, поэтому в качестве последнего в работе принимается вязкая
1+n 1+3n
U
*
g 2 L*2
у
-n
*
скорость, где n — произвольное
число. Выбирая n определенным образом, получим необходимый масштаб скорости.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой