Численное моделирование и оптимизация электронно-лучевого оплавления напыленных покрытий и пайки сверхтвердых материалов на режущий инструмент

• Автор: Губарьков, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Моделирование теплофизических и диффузионных

процессов электронно-лучевого воздействия на композиции материалов

1.1. Физические особенности электронно-лучевого воздействия

на металлические материалы

1.2. Моделирование электронно-лучевого теплового источника

# 1.3. Задачи теплопроводности при воздействии на поверхность

композиции материалов электронного пучка

Глава 2. Математическое моделирование теплофизических процессов при электронно-лучевом оплавлении композиции «газотермическое покрытие-основа»
2.1. Физические процессы электронно-лучевого оплавления газотермического покрытия из сплава класса МСгВЭ!
на стальной основе
и 2.2. Математическая модель теплофизических процессов
при электронно-лучевом оплавлении композиции «газотермическое покрытие-основа»
2.3. Численный метод и алгоритм решения задачи электроннолучевого оплавления композиции «газотермическое покрытие-основа»
2.4. Расчёт тепловых режимов электронно-лучевого оплавления покрытия из сплава класса МСгВБ! на стальной основе
Глава 3. Математическое моделирование теплофизических процессов
♦ и диффузии при электронно-лучевой пайке композиции
«сверхтвёрдый материал-припой-основа»
3.1. Физические процессы электронно-лучевой пайки композиции «КНБ-сплав класса АдСШпТьсплав на основе У1 и Со»

3.2. Численная модель теплофизических процессов и диффузии при электронно-лучевой пайке композиции «сверхтвёрдый материал-припой-основа»
3.3. Моделирование диффузионных напряжений, возникающих в композиции «сверхтвёрдый материал-припой-основа»
при пайке
3.4. Расчёт зависимости от времени пайки толщины диффузионных зон в композиции «сверхтвёрдый материал-припой-основа» с учётом и без учёта пределов растворимости диффундирующего элемента
3.5. Расчёт значений коэффициента диффузии титана в КНБ, сплаве класса АдСиІпТі и сплаве на основе УУ и Со
3.6. Сравнение решений изотермической и неизотермической задач диффузии титана при пайке композиции
«КНБ-сплав класса АдСиІпТі-сплав на основе УУ и Со»
3.7. Расчёт оптимальных соотношений времени и температуры пайки композиции «КНБ-сплав класса АдСиІпТі-
сплав на основе УУ и Со»
Выводы.Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Высокоэнергетическое воздействие концентрированными потоками энергии (КПЭ) при обработке конструкционных материалов позволяет эффективно решать ряд научно-технических проблем, связанных с повышением физикомеханических свойств сталей, сплавов, керамических материалов, и созданием из них композиций и конструкций [1-24]. Среди методов высокоэнергетического воздействия на материалы следует выделить
* обработку потоками низкотемпературной плазмы [11,25-28],
электронным [1-3,29-34] и лазерным [8,9,35-39] лучами в непрерывном
режиме, которые отличаются высокой производительностью и разнообразием технологических процессов, осуществляемых с их помощью (термообработка, закалка, наплавка, сварка и пайка). Применение электронно-лучевой обработки в вакууме является одним из наиболее эффективных путей получения упрочнённых деталей ответственного оборудования и высокоресурсного режущего
Ь инструмента [40-44]. Это связано с тем, что практически только с
помощью высокоэнергетического воздействия электронного луча удаётся реализовать высокие скорости нагрева различных сплавов и керамики, избирательно осуществлять оплавление компонент или слоёв композиционных материалов, и благодаря осуществлению процесса в вакууме добиваться консолидации, даже трудно свариваемых или спаиваемых материалов. Применение такой обработки сдерживается недостаточной изученностью процессов тепло- и массопереноса, ответственных за формирование структуры обрабатываемых
* материалов и прочностных, в том числе адгезионных, свойств
композиций материалов. В большей степени это относится к процессам, происходящим в реальных технологических устройствах, в которых осуществляется, например, оплавление износостойких и

В [2] рассмотрен одномерный случай нагрева и последующего плавления пластины поверхностным потоком теплоты, в предположении, что жидкая фаза удаляется сразу же после её образования (решается задача абляции). Условие на границе фазового перехода записывается в виде:
z = 5(0; '>0; g0(t) = -A^+pLm^-, oz ot
где S(t) - положение границы фазового перехода; Lm - удельная теплота плавления.
Это уравнение - стефановское условие, фактически выражает закон сохранения энергии на фазовой границе. Оно справедливо как во время плавления, так и при его отсутствии, если на нагреваемой поверхности выполняются условия:
^>0; T(S(T),t) = Тт; ot
4 ^ = 0; T{S{t),t)
Форма ванны расплава зависит от ряда факторов: плотности потока, поглощённого поверхностью тела; физических свойств расплава, включая теплофизические коэффициенты; температур плавления и испарения; вязкости, плотности, поверхностного натяжения, характера их температурной зависимости; пространственно-временных характеристик потока теплоты и др.
^ Движение расплава в ванне под действием указанных причин
может носить как ламинарный, так и турбулентный характер. Однако оценки, приведённые в ряде работ, показывают, что в большинстве практических случаев при обработке материалов КПЭ движение