Компьютерное моделирование механохимических процессов в ударно-нагруженных реагирующих порошковых системах типа Ni-Al

• Автор: Дмитриева, Мария Александровна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 176 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Исследования в области синтеза материалов методами порошковой металлургии
1.1. Синтез сжиганием
1.2. Активация
1.3. Кинетика превращений в реагирующих порошковых смесях в условиях интенсивного механического нагружения
1.4. Уплотнение порошковых тел
1.5. Ударное воздействие на порошковое тело
1.6. Моделирование химических превращений в реагирующих порошковых средах
1.7. Синтез материалов в условиях интенсивного механического воздействия
1.8. Выводы по главе
2. Физико-математическая модель
2.1. Физическая модель реагирующей порошковой смеси
2.2. Математическая постановка задачи ударной модификации порошковой среды
2.2.1. Моделирование динамического нагружения порошкового компакта
2.2.2. Модель реакционной ячейки реагирующего порошкового материала
2.2.3. Моделирование процессовтсплопереноса в гетерогенной среде
2.2.4. Тепловые процессы в зернистом слое
2.2.5. Моделирование фильтрационных процессов в зернистом слое
2.3. Многоуровневая модель реагирующей порошковой смеси
3. Алгоритм и схема расчета
3.1. Алгоритм моделирования исходной структуры реагирующего порошкового компакта
3.2. Схема расчета
3.3. Термодинамика процесса ударного сжатия порошковой смеси
3.4. Макрокинетика химических превращений
3.5. Схема решения краевой задачи теплопроводности
3.6. Проверка достоверности решения краевой задачи теплопереноса
3.7. Заключение по главе
4. Численное моделирование процессов синтеза интерметаллидов..
4.1 Цели и объект исследования
4.2. Оценка достоверности модели реагирующей порошковой смеси
4.3. Оценка сходимости схемы вычислительного эксперимента
4.4. Оценка модификации состояния порошковой среды на фронте ударного импульса
4.5. Прогнозирование режимов механохимических превращений в
реагирующих порошковых средах
4.6 Заключение по главе
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение 1. Блок-схема методики моделирования
Приложение 2. Таблица результатов вычислительных
экспериментов
Приложение 3. Таблицы свойств материалов
Приложение 4. Графические результаты моделирования

ВВЕДЕНИЕ
Развитие методов моделирования механохимических процессов в реагирующих порошковых смесях типа №-А1 определяется потребностью создания технологий получения конструкционных материалов, обладающих высокими удельными прочностными, упругими характеристиками, износостойкостью и окалиностойкостью при повышенных температурах. К таким материалам относятся алюминиды переходных металлов. Эффективными методами промышленного получения таких материалов являются методы порошковой металлургии - в прямых экзотермических реакциях между порошковыми компонентами.
Исследования процессов синтеза химических соединений в дисперсных системах с различным характером взаимодействия компонентов проводились различными группами ученых и связаны с именами А.Г. Мержанова [1,2], И.П. Боровинской [3], А.П. Алдушина [4], Б.И. Хайкина [5], В.И. Итина [6], Ю.С. Найбороденко [7], Ю.М. Максимова [8, 9], В.В. Александрова [10], М.А. Корчагина [11], В.В. и др. Экспериментальные исследования процессов синтеза материалов показали, что характерной чертой поведения реагирующих порошковых смесей являются многостадийность, многофазность и разнообразие физикохимических процессов. Многими исследователями экспериментально обнаружена возможность расплава легкоплавкой компоненты реагирующей порошковой смеси [11 - 14], более того во многих системах интенсивное взаимодействие компонентов наблюдается при плавлении одного из них [15]. Твердофазный режим горения, при котором достигаемая при синтезе температура ниже температуры плавления всех компонентов смеси, позволяет сохранить структуру материала, заданную на стадии формирования исходного порошкового компакта [16]. Однако экспериментально этот режим трудно осуществим [17, 18]. Последние экспериментальные результаты [19] показали, что твердофазное горение может быть реализовано только после интенсивной механической активации реакционных смесей.

ристых тел. Особенностью этой модели является возможность характеризовать поведение пластически деформируемого пористого тела не только его текущей пористостью, но и мерой пластических деформаций, накопленных в материале основы. В работах [105] предложена методика решения задач прессования пористых изделий с использованием зависимостей осевого и бокового давления от пористости материала. Полученные универсальные зависимости позволяют вычислить распределение средней пористости по высоте заготовки для различных схем прессования. Развитие этой методики предложено в работах [106, 107]. Другой подход рассмотрен в работе [53], где на базе так называемой глобулярной модели (структура представляется в виде определенной укладки частиц сферической формы) предложен метод прогнозирования структуры каркаса пористого тела и управления его свойствами.
В то же время развивалась теория спекания, где основополагающее значение имеют работы Я.И. Френкеля [108], Б.Я. Пинеса [109], Я.Е. Гегузина [52]. Общие основы физики спекания приведены в работе Я.Е. Гегузина [52]. Показано, что в процессе спекания наблюдается тенденция к уменьшению свободной поверхности ансамбля пор. Эта тенденция может реализовываться в виде процессов залечивания отдельных пор с увеличением плотности и процесса коалисценции пор - уменьшении поверхности пор при сохранении их объема (слияние пор и т. п.). Теоретически обосновано, что при большом количестве пор оба эти процесса оказываются термодинамически целесообразными в равной степени. При этом отмечается, что на практике всегда один из процессов оказывается преимущественным. Теоретическое исследование ударного и взрывного компактирования проведено в работах В.Ф. Нестеренко [59], П.А. Витязя [53] и других.
Следует отметить возможность применения моделей уплотнения порошковых сред для анализа сжимаемости неспеченных порошковых компактов при давлениях, превышающих нагрузку предварительного компактирования. Актуальным является развитие моделей уплотнения реагирующих порошковых сис-