Формування модифікованих шарів при плазмово-детонаційній обробці вуглецевих сталей - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукНауковий керівник: Борисов Юрій Сергійович, доктор технічних наук, професор, Інститут електрозварювання ім. Патона НАН України, завідуючий відділом захисних покриттів. Офіційні опоненти: Корж Віктор Миколайович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет України "КПІ", професор кафедри технології та обладнання обновлення і підвищення зносостійкості машин і конструкцій. Подчерняєва Ірина Олександрівна, доктор технічних наук, ст.н.с., Інститут проблем матеріалознавства ім. Захист відбудеться "21" травня 2003 р. в 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.182.01 при Інституті електрозварювання ім.Одним із базових напрямків інженерії поверхні є модифікація поверхні шляхом впливу концентрованими потоками (безперервними або імпульсними) енергії, до числа яких відносяться потоки іонів і електронів, плазмові струмені та імпульси, лазерне випромінювання та ін. Подальша розробка наукової бази ПДО, оптимізація її технології та визначення найбільш ефективних областей її використання повязані з необхідністю розширення знань особливостей процесів, що протікають при ПДО, як на основі розрахунково-теоретичного аналізу, так і шляхом експериментальних досліджень. Провести аналіз складових теплового потоку від ударно-стиснутої області плазми у виріб і визначити роль підведеного до нього потенціалу на процес нагрівання поверхні при ПДО. Провести аналіз дії термічного впливу імпульсного потоку плазми на структурно-фазовий стан в поверхневих шарах виробу на основі математичного моделювання процесу. Наукова новизна: У результаті розрахунково-теоретичної оцінки ролі потенціалу виробу вперше показано, що щільність енергії на поверхні оброблюваного виробу в умовах ПДО максимальна, у випадку, коли виріб є анодом, і може досягати 1010 Вт/м 2 при напруженості електричного поля в міжелектродному зазорі 3,5•105 В/м.Нагрівання і охолодження сталей зі швидкостями, на декілька порядків перевищуючими значення характерні для традиційних методів зміцнення (пічного загартування, загартування ТВЧ та ін.), дозволяє отримувати унікальні комплекси механічних і фізичних властивостей поверхні (високу твердість, опірність зношуванню і т. д.) за рахунок зміни кінетики фазового переходу, подрібнення розміру зерна, підсилення фазового наклепу в результаті зворотних ?-? перетворень. У процесі ПДО виробів використовувались такі технологічні режими: напруга на обкладках конденсаторної батареї-U=3,2 КВ, ємність конденсаторної батареї-С=400…1200 МКФ, індуктивність ланцюга розряду-L=20 МКГН, витрата C3H8-0,16…0,48 м 3/год, витрата O2-0,8…2 м 3/год, витрата повітря-0,8…2 м 3/год, частота слідування імпульсів-n=1…10Гц, відстань від зрізу сопла до виробу-H=40…100 мм, величина заглиблення електроду (відстань від витрачуваного електроду до зрізу сопла)-h=0…40 мм. У четвертому розділі проведено оціночний розрахунок параметрів плазми в ударно-стиснутому шарі та теплового потоку у виріб при ПДО, розроблена програма розрахунку зміни температурного поля модифікованого шару матеріалу в залежності від технологічних параметрів імпульсної плазмової обробки і властивостей самого матеріалу. При визначенні теплового потоку у виріб були розглянуті три випадки: виріб - анод, виріб - катод, виріб ізольовано. Тепловий потік в анод визначається з виразу: qа?=qi qe qa qr-пл - qr-ан, де теплові потоки, що приносяться на анод електронами, іонами, нейтральними атомами, тепловий потік в анод за рахунок випромінювання плазми, тепловий потік, що відводиться за рахунок випромінювання поверхні, відповідно рівні: ; ;На основі отриманих результатів встановлено, що при ПДО виробів з вуглецевих сталей можна здійснювати комплексну обробку поверхневих шарів за рахунок високошвидкісного термічного впливу і процесів легування. Встановлено, що час впливу імпульсу плазми на поверхню виробу при незмінній індуктивності та напрузі на обкладках конденсаторної батареї залежить тільки від ємності конденсаторів і складає ти»0,3…0,7 мс при 400-1200 МКФ. Ємність батареї впливає на напрямок проходження струму між центральним електродом плазмового генератора і виробом. У результаті розрахунково-теоретичної оцінки параметрів плазми в ударно-стиснутому шарі, ролі потенціалу виробу показано, що питомий тепловий потік в оброблювану поверхню в умовах ПДО максимальний, у випадку, коли виріб є анодом, і може досягати 1010 Вт/м 2 при напруженості електричного поля в міжелектродному зазорі 3,5•105 В/м. У випадку, коли виріб-катод, тепловий потік знижується в ~1,3 рази (q=6,4•109 Вт/м 2), а коли ізольовано в ~3 рази (q=2,1•109 Вт/м 2).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ