Мodeling the process of porosity formation under non-stationary temperature conditions.

Apply

Мodeling the process of porosity formation under non-stationary temperature conditions.

Journal Title: Математичне моделювання - Year 2018, Vol 1, Issue 2

Abstract

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ФОРМУВАННЯ ПОРИСТОСТІ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ ПРИ НЕСТАЦІОНАРНИХ ТЕМПЕРАТУРНИХ УМОВАХ Середа Б.П., Бєлоконь Ю.О., Кругляк І.В., Середа Д.Б. Реферат Метою роботи є встановити закономірностей отримання беспористих інтерметалідних сплавів і виробів заданої форми з використанням пластичних властивостей продукту синтезу при високих температурах. Для отримання інтерметалідних сплавів в якості вихідних матеріалів застосовували металеві порошки титану ПТХ5-1 і ПТЕМ-1, алюмінію АСД1 дисперсність 80...150 мкм. Перед змішуванням порошки просушували при температурі 75...120 °С протягом 3 годин. Змішування порошків проводили в сталевих кульових млинах протягом 2 годин. Співвідношення компонентів вибиралося з стехіометричних розрахунків для отримання інтерметалідних фаз γ-TiAl. Підготовлену таким чином, змішану реакційну суміш зважували на електронних вагах і засипали в ректор. Для компактування початкових заготовок використовували гідравлічний прес ПСУ-125. Зразки формували циліндричної форми діаметром 25 мм і довжиною 30 мм. Пористість брикетів оцінювали шляхом гідростатичного зважування. Математичне моделювання процесу здійснювали в спеціалізованій комп'ютерній програмі. При вирішенні термодеформаційного завдання термохімічного пресування інтерметалідних сплавів при двосторонньому ущільненні в комп'ютерну програму були інтегровані властивості реології синтезованого інтерметалідного сплаву σ = f (ε, u, Т), отримані експериментально на сучасному пластометрі. Згідно з отриманими результатами видно, що найбільш ущільненою є центральна частина заготовки, а зони, прилеглі до торцевих і бічних поверхонь заготовки, є зонами ускладненої деформації та мають мінімальну щільність. Схема напруження на завершальній стадії процесу максимально наближається до всебічного стискування, що перешкоджає зростанню величини інтенсивності деформацій зсуву та відповідною їй кінцевій щільності. Збільшення інтенсивності деформацій можливе тільки з використанням схеми всебічного нерівномірного стискування на всіх стадіях процесу, що позитивно позначиться на зростанні щільності виробів. Таким чином, експериментальні криві ущільнення та результати моделювання пресування синтезованого продукту дозволяють зафіксувати чотири виразно виражених зони, які визначають стадійність структуроутворення при термохімічному пресуванні: Перша стадія пресування — від насипної щільності (характеристика початкового матеріалу) до щільності парового рівня, характеризується переважно структурною деформацією, перекладанням частинок, зміною парового простору. Друга стадія – стадія теплового самозаймання — спостерігається стрибкоподібне зростання відносної щільності, що свідчить про певне самоущільнення сплаву в процесі синтезу, вірогідно, під дією сил поверхневого натяжіння. Третя стадія — ущільнення, характеризується структурною деформацією. Порогова щільність стадії 85...92 %. Четверта стадія – завершальна стадія структуроутворення – це вирівнювання складу інтерметалідних шарів. Залишкова пористість інтерметаліду складає 1...3 %. З метою вивчення залежності пористості інтерметалідів від зусилля пресування, дисперсності порошку титану і часу витримки використовували повний факторний експеримент з основним рівнем за матричним методом. Першим фактором дослідження (Х1) є тиск пресування (р, МПа), другим фактором (Х2) — дисперсність порошку титану (D, мкм), третім (Х3) — час витримки (τ, с). Параметр оптимізації (Y) — пористість інтерметалідних сплаву (Pd, %). В результаті математичного планування отримано рівняння: . (4) Аналіз отриманої залежності (4) показує, що при збільшенні тиску пресування від 200 до 700 МПа пористість зменшується і досягає показників менше 5 %. При збільшенні зусилля пресування і витримки до 20 с пористість також стає менше. Оптимальне співвідношення обраних факторів дослідження знаходиться на рівні тиск пресування — 630 МПа, час витримки — 20 с, і дисперсності порошку титану — 80 мкм, пористість отриманого зразка зменшується до показника 1...3 %. Література 1. Середа Б.П. Обробка металів тиском при нестаціонарних температурних умовах: Монографія / Б.П. Середа, І.В. Кругляк, О.А. Жеребцов, Ю.О. Бєлоконь. – Запоріжжя: ЗДІА, 2009. – 252 с. – ISBN 978-966-8462-15-3. 2. Бєлоконь Ю.О. Термохімічне пресування інтерметалідних сплавів: монографія / Ю.О. Бєлоконь. – Запоріжжя: ЗДІА, 2018. – 220 с. – ISBN 978-617-7120-15-4. 3. Cheylitko, A. The influence of synthesis of the initial mixture and blowing agents on the formation of a porous structure / A. Cheylitko // EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies. – 2015. – No. 5/8. – P. 35–38. 4. Середа Б.П. Моделирование процессов СВС-прессования / Б.П. Середа, И.В. Кругляк, А.А. Жеребцов, Ю.А. Белоконь // Металургія: зб. наук. праць. – 2007. – Вип. 16. – C. 89–96. 5. Середа Б.П. Исследования процесса уплотнения синтезированнанных интерметаллидных сплавов при СВС- прессовании / Б.П. Середа, Ю.А. Белоконь, Е.В. Бабаченко // Вестник Национального технического университета «ХПИ»: сб. науч. трудов. – Вып. 43 (1086). – Харьков: ХПИ, 2014. – С. 158–164. 6. Pavlenko А.М. Research of effective thermal conductivity and its parts in porous metallic materials with different parameters of porosity / А.М. Pavlenko, H.V. Koshlak, A.O. Cheilytko [and et.] // Metallurgical and Mining Industry. – 2016. – № 12. – P. 66–75. 7. Sereda B. The influence of deformation process at titan aluminides retrieving by SHS-compaction technologies / B. Sereda, I. Kruglyak, A. Zherebtsov, Y. Belokon’ // Metallurgical and Mining Industry.– 2011. – No. 7. – P. 59–63. 8. Sereda B. The modeling and processes research of titan aluminides structurization received by SHS technology / B. Sereda, A. Zherebtsov, Y. Belokon’ // TMS 2010. – Seattle. Washington USA, 2010. – P. 99–105. 9. Бєлоконь, Ю.О. Теоретичне та експериментальне визначення енергії активації утворення інтерметалідів у системах нікель-алюміній та титан-алюміній /Ю.О. Бєлоконь, Й.К. Огинський, К.В. Бєлоконь, О.А. Жеребцов // Металургія: зб. наук. праць. – 2017. – Вип. 1(37). – С. 81–85. 10. Belokon, Y. The investigation of nanostructure formation in intermetallic-TiAl alloys / Y. Belokon A. Zherebtsov, K. Belokon // 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF-2017). – 2017. – P. 311–314.

Authors and Affiliations

B. P. Sereda, Y. A. Belokon, S. V. Kruglyak, D. B. Sereda

Keywords

EP ID EP444777
DOI 10.31319/2519-8106.2(39)2018.154243
Views 81
Downloads 0