Modeling of the process of titanium coatings on designing materials in powdered environments
Journal Title: Математичне моделювання - Year 2018, Vol 1, Issue 2
Abstract
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ТИТАНОВИХ ПОКРИТТІВ НА КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛАХ В ПОРОШКОВИХ СЕРЕДОВИЩАХ Середа Б.П., Палехова І.В., Гайдаєнко О.С., Середа Д.Б. Реферат Метою цієї роботи було теоретичне і експериментальне дослідження фізико-хімічних процесів, що лежать в основі отримання комплексних покриттів титано-боридних на конструкційних сталях при нестаціонарних температурних умовах із застосуванням принципу газотранспортних хімічних реакцій, пошук оптимальних порошкових шихт, що дозволяють формувати багатокомпонентні захисні шари на сталях, вивчення впливу природи реагентів, що насичують, складу реакційних сумішей, хімічного складу сталей і параметрів процесу насичення (часу, температури) на склад, структуру і властивості покриттів титано-боридних. Вивчення впливу добавок-каталізаторів на теплофізичні властивості шихти і протікання процесу дифузійного насичення в нестаціонарних температурних умовах. Порівняльний аналіз технологічних параметрів процесу, структури, фазового, хімічного складу і властивостей покриттів, отриманих у шихтаї без добавок металів-активаторів і з ними, а також дослідження зносостійкості шарів в умовах тертя ковзання. Вибір оптимального складу суміші для проведення процесів в умовах теплового самозаймання проводили на підставі результатів досліджень теплової картини процесу і фізико-механічних властивостей захисних покриттів, зокрема зносостійкість, ΔG (випробування на машині тертя СМТ-1, τдосл. — 5 г.)]. В якості незалежних змінних були вибрані: вміст у шихті хромистої складової, титану, бору і алюмінію. В якості початкового матеріалу була обрана сталь 45. Розрахункові рівні інтервалів варіювання, характер їх змін і схеми кодування представлені в таблицях 1 і 2. Введення в суміш більше 5 % газотранспортного агенту призводить до сильного розтравлення поверхні зразка, менше 1 % не активізує протікання усіх газотранспортних реакцій. Для отримання стовідсоткового складу порошкових шихт як кінцевого продукту використовувався Al2O3 В результаті регресивного аналізу, були отримані ряд рівнянь, що показують залежність зносостійкості захисних покриттів від режиму теплового самозаймання і вмісту легуючих елементів. Чисельні значення коефіцієнтів регресії і їх значущість, визначені з урахуванням відмінності дисперсій для кожної функції відгуку, а також перевірка значущості за критерієм Стьюдента і оцінка адекватності моделі за критерієм Фішера. Для оцінки адекватності рівнянь був проведений розрахунок по отриманих рівняннях регресії для оптимального режиму теплового самозаймання. Результати розрахунків були зіставлені з експериментальними дослідженнями. З точки зору теплофізики формування покриттів в режимі теплового самозаймання умовно можна розділити на п'ять послідовних стадій: інертне прогрівання реакційної суміші до температури займання, теплове самозаймання, прогрівання виробів, ізотермічна витримка, охолодження. Отримані покриття титано-боридні характеризуються голчастою будовою, проте при спільному насиченні з титаном, голчаста структура менш виражена, голки мають округлішу форму, карбідні утворення набувають глобулярної форми, таким чином підвищуючи пластичність покриття, внаслідок чого знижується величина руйнівної напруги. Покриття, що утворилися, мають багатофазну будову і складається з TiB2, легованих з'єднань (Fe, Cr, Al)B, (Fe, Cr, Al)2B, (Fe, Cr, Al)Ti2 і перехідної зони твердого розчину B, Ti, Cr, Al в залізі. При дослідженні дифузійних шарів на приладі ПМТ-3 встановлено, що мікротвердість з'єднань бору з титаном на поверхні технічного заліза і сталей складає 30000÷32000 МПа. Мікротвердість легованих фаз бориду коливається в межах 14000÷16000 МПа, а мікротвердість перехідної зони не перевищує 4500 МПа. В результаті випробувань встановлено підвищення зносостійкості покриттів в порівнянні з дифузійним аналогом на 45—50 %, що пов'язано з присутністю в покритті складнолегированих фаз і пояснюється особливостями процесу. В порівнянні з контрольним зразком спостерігається підвищення зносостійкості в 7—8 разів. Література 1. Трефилова Н.В. Анализ современных методов нанесения защитных покрытий / Н.В. Трефилова // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 10. – С. 67–67. 2. Ворошнин Л.Г. Борирование стали / Л.Г. Ворошнин, Л.С. Ляхович .– М.: Металлургия, 1978. – 239 с. 3. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов / Л.Г. Ворошнин. – Минск: Издательство Беларусь, 1981. – 237 с. 4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин. – М.: Металлургия, 1993. – 448 с. 5. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / под ред. Л.С. Ляховича. – М.: Металлургия, 1981. – 424 с. 6. Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов: Учебное пособие для ВУЗов / Ю.М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с. 7. Филоненко Б.А. Комплексные диффузионные покрытия / Б.А. Филоненко. – М.: Машиностроение, 1981. – 137 с. 8. Лабунец В.Ф. Износостойкость боридных покрытий / В.Ф. Лабунец, Л. Г. Ворошнин, М.Ф. Киндрачук. – Киев: Изд. «Техніка», 1989. – 204 с. 9. Шатинский В.Ф. Защитные диффузионные покрытия / В.Ф. Шатинский, А. И. Нестеренко. –Киев: Наукова думка, 1988. – 272 с. 10. Лахтин Ю.М. Поверхностное упрочнение сталей и сплавов / Ю.М. Лахтин // МиТОМ. – 1988.- №11. – с. 11–14. 11. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов / А.Г. Мержанов. – Черноголовка: ИСМАН, 1998. – 512 с. 12. Grigor’ev Y.M. SHS coatings / Y.M. Grigor’ev, A.G. Merzhanov // Int. J. of SHS. – 1992. – v.1. – №4. – p. 600–639. 13. Коган Я.Д. Высокоинтенсивный способ получения покрытий в условиях СВС / Я.Д. Коган, Б.П. Середа, Э.А. Штессель // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1991. – №6. – с. 39–40. 14. Середа Б. П. Современное состояние и перспективы развития технологий нанесения защитных покрытий в условиях СВС / Б.П. Середа, И.В. Кругляк, В.И. Иванов // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. – 2004. – №1. – С. 88–93. 15. Шефер Г. Химические транспортные реакции. – М.: Мир, 1964. – 189 с. 16. Беккерт М. Справочник по металлографическому травлению/ М. Беккерт, Х. Клемм. – М.: Металлургия, 1979. – 336 с. 17. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов / [Г.Б. Синярев, Н.А. Ватолин, Б.Г. Трусов, Р.К. Моисеев]. – М.: Наука, 1982. – 263 с. 18. Середа Б.П. Получение борированных покрытий в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза/ Б.П. Середа, В.И. Иванов, В.П. Грицай, Ю.И. Усенко // Изв. ВУЗов. Черная Металлургия. – 1998. – №9. – С. 57–61. 19. Структурний аналіз металів. Металографія. Фрактографія: Підручник/ [О.М. Бялік, С.Є. Кондратюк, М.В. Кіндрачук, В.С. Черненко]. – К.: ВПІ ВПК «Політехника», 2006. – 328 с. 20. Гурьев А.М. Механизм диффузии бора, хрома и титана при одновременном многокомпонентном поверхностном легировании железоуглеродистых сплавов / А.М. Гурьев, С.Г. Иванов // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2011. – №1. – С. 56–61. 21. Sereda B., Sereda D. Obtaining of Boride Coatings under SHS Conditions for Car Parts. Material science and technology 2016. Salt Lake City, Utah USA. – 2016. – 1339p. – P. 945–948. 22. Sereda B., Sereda D. Development of Protective Coatings Formulations Based on Boron for Units Operating at High Temperatures in Metallurgy. Material science and technology 2016. Conference and Exhibition. Salt Lake City, Utah USA. – 2012. – 1550p. – P. 931–934.
Authors and Affiliations
B. P. Sereda, S. V. Paleshova, A. S. Gaydaenko, D. B. Sereda
Keywords
Related Articles
- EP ID EP444754
- DOI 10.31319/2519-8106.2(39)2018.154236
- Views 220
- Downloads 0
Математичне моделювання поточного стану проектів та практична реалізація моніторингових досліджень
MATHEMATICAL MODELING OF THE CURRENT STATE OF THE PROJECT AND IMPLEMENTATION OF MONITORING STUDIES Grigorenko V.Y., Kadilnikova Т.М. , Kadilnikova А.V. Abstract Currently, system management and project activities find t...
Математичні основи алгоритму функціонування системи оптимізації витрати пиловугільного палива на домену плавку
The mathematical basis of the algorithm of the system to optimize the flow of pulverized coal in the blast furnace.
АНАЛІЗ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ В ЗАДАЧАХ ОПТИМІЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЇ ЕНЕРГОКОНДЕНСОВАНИХ СИСТЕМ
ANALYSIS OF THE NEURAL NETWORK MODELS IN THE PROBLEMS OF OPTIMIZING THE TECHNOLOGY OF ENERGY CONDENSED SYSTEMS Korotka L.I. Abstract Optimizing the technology of energycondensed systems is the subject area in this arti...
Моделювання розчинності металів X (Cr, Mn, Co, Ni, Cu) у фериті
MODELING OF SOLUBILITY OF METALS X (Cr, Mn, Co, Ni, Cu) IN FERRITE Filonenko N.Lu., Baskevich A.S. Abstract In this paper, the structural characteristics of the ferrite, the possible positions of the atoms of the alloyi...
Построение асимптотически оптимального алгоритма расчетов эквидистантных ломаных
CONSTRUCTION ASYMPTOTICALLY OPTIMUM ALGORITHM OF CALCULATIONS EQUIDISTANT POLYLINES Korotkov V.S. Abstract In practice, when manufacturing high-precision products containing surfaces of complex spatial shape, it become...