Оптимизация аппаратурно-технологического оформления высокотемпературного синтеза материалов на основе моделирования нестационарных тепловых процессов

• Автор: Поляков, Борис Борисович
• Шифр специальности: 05.17.08, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 197 с. : ил.

1.1 СВС и формование твердосплавных материалов

1.1.1 Развитие технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза твердосплавных материалов

I Л.2Технологические процессы СВС твердосплавных

материалов и их преимущества перед альтернативными технологиями.

1.1.3 Процесс СВС твердосплавных материалов и их формования

1.1.4 Аппаратурнотехнологическое оформление процесса СВС твердосплавных материалов и их формования.

1.2 Традиционные методы прочностного расчета прессформ.

1.2.1 Влияние высоких температур на механические свойства материала.

1.2.2Методы расчета цилиндрических обечаек.

1.3 Математическое моделирование нестационарных тепловых режимов процесса СВС твердосплавных материалов.
1.4 Постановка задачи оптимального проектирования технических систем в условиях интервальной неопределенности параметров математической модели
1.5 Выводы по главе 1.
ГЛАВА 2 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПРЕССФОРМЕ ДЛЯ СВС ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ФОРМОВАНИЯ.
2.1 Объекты исследований
2.2 Экспериментальные исследования процесса СВС твердосплавных материалов
,
,
.
,
2.2.1 Исследование зависимости параметров процесса СВС
от пористости исходной заготовки, времени задержки
2.2.2 Проверка адекватности математической модели нестационарных тепловых режимов СВС твердосплавных материалов.
2.3 Анализ температурных полей в прессформе для СВС
твердосплавных материалов и их формования.
2.3.1 Исследование влияния времени задержки на температуру в стенке прессформы
2.3.2Исследование влияния параметров процесса на
температуру в стенке прессформы
2.3.3 Исследование влияния условий проведения процесса наличия теплоизолирующей оболочки на температуру стенке прессформы
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ
СВС ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ
ФОРМОВАНИЯ.
3.1 Пример расчета прессформы с допущением о
стационарности тепловых процессов.
3.2 Методика расчета прессформы, учитывающая
нестациопарность тепловых процессов.
3.2.1 Разработка методики расчета прессформы.
3.2.2 Пример расчета по предложенной методике
3.2.3 Оптимизация конструктивных и режимных параметров СВС твердосплавных материалов и их формования.
3.3 Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ СВС
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ФОРМОВАНИЯ 1 1
4.1 Математическое моделирование напряженподеформировапиого состояния элементов прессформыI
4.2 Анализ распределения термоупругих напряжений в элементах прессформы
4.3 Выводы по главе
ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРЕССФОРМ ДЛЯ СВС
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ФОРМОВАНИЯ
5.1 Использование теплоизолирующей оболочки
5.2 Наличие неопределенности значений параметров
математической модели.
5.2.1 Постановка задачи оптимизации в условиях
неопределенности.
5.2.2Разработка эффективного алгоритма решения задачи
оптимизации в условиях неопределенности
5.2.3 Анализ результатов решения задачи оптимизации в условиях неопределенности и практические рекомендации.
5.3 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С1ШСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫX ИСТОЧНИКОВ.
ПРИЛОЖЕНИЕ I Структура программы для расчета температурных
полей в элементах технологической оснастки для формования продуктов СВС твердосплавных материалов в среде
ПРИЛОЖЕНИЕ II Листинг программы в среде , разработанной
для решения поставленных математических задач
РИЛОЖЕНИЕ III Схема оптимального проектирования установки для
формования продуктов СВС твердосплавных материалов.
1 ПРИЛОЖЕНИЕ IV Структура программы для решения задачи
оптимизации конструктивных и режимных параметрог прессформы для формования продуктов СВС твердосплавных материалов в среде .
РИЛОЖЕНИЕ V Схема алгоритма решения задачи оптимизации
конструктивных и режимных параметров прессформы для формования продуктов СВС твердосплавных материалов
ПРИЛОЖЕНИЕ VI Свидетельства о государственной регистрации
программ для ЭВМ.
ПРИЛОЖЕНИЕ VI Акт о внедрении результатов работы в ФГБУ науки
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН.
ПРИЛОЖЕНИЕ VIII Справка о внедрении результатов работы в учебный
процесс ФГБОУ ВПО ТГТУ.
ВВЕДЕНИЕ


Такой вид формования получил название СВСпрессования. Со временем эти прессформы были модифицированы для получения изделий сложной формы. Революционное воздействие первых экспериментов по СВСпрессованию выразилось в большом интересе, проявленном к этим работам исследователями. Одним из достижений стало изготовление твердосплавных изделий СВСпрессованием с заранее задаваемой формой поверхности. В качестве примера на Рисунке 1. Процесс изготовления включал специальные операции, обеспечивающие качество поверхности получаемых изделий ,. Рисунок 1. Для получения твердых сплавов используются порошки металлов Т, Сг, , Мо, Си и др. С, В и др Иногда используются порошки сталей п тугоплавких соединений ТМ, А1Ы, МЬС. Исходная смесьшихта составляется таким образом, чтобы процесс СВС осуществлялся за счет сильно экзотермической реакции, например, Т С ТС или Т 2В ТВ2, а остальные компоненты играли роль связующих и легирующих добавок. Поскольку образование твердых сплавов при СВС протекает в экстремальных условиях синтеза КоС, 0,5Н5 с, их фазовый состав и структура практически не имеют аналогов среди известных промышленных твердых сплавов, получаемых при спекании порошков тугоплавких соединений и металлической связки. Поэтому новые безвольфрамовые твердые сплавы, синтезируемые с последующим формованием, получили название СТИМ синтетические твердые инструментальные материалы. Их основу составляют карбиды, бориды, нитриды, карбонитриды и другие соединения тугоплавких металлов Т, , 6, Та и других. Высокотвердые сплавы марок СТИМ1Б3 состава ТСТВ2Си, СТИМЗБ состава ТССзС2М и СТИМ5 состава ТСТ1ММо имеют твердость от ,5 до ,5 НКА и применяются для изготовления режущих пластин с высокой режущей способностью. Высокопрочные сплавы марок СТИМ2 состава ТСИ и СТИМ2А состава гПСБПМо имеют прочность на изгиб от до МПа и применяются для изготовления бронепластип и штампового инструмента. Сплав СТИМЗВ состава ТССгС2 сталь обладает высокой окалиностойкостыо, а сплав СТИМ4 состава ТВТ обладает высокой стойкостью к тепловому удару, поэтому эти сплавы применяются для изготовления инструмента для горячей обработки давлением . Наряду с однородными твердыми сплавами группы СТИМ освоено изготовление методом СВС с последующим формованием функциональноградиентных материалов ФГМ, т. СИГМА. Получены твердосплавные градиентные пластины состава Т1С1чЧ двух типов с симметричным и асимметричным распределением связующего СИГМА1 и СИГМА2. При сохранении высокой твердости они отличаются значительно большей ударной вязкостью. Кроме твердосплавных материалов и изделий метод СВС с последующим формованием успению используется для производства в одну стадию мишеней для напыления покрытий, для создания и использования жаростойких конструкционных материалов на основе ТаС, НАС, высокотемпературных нагревателей из Мо2 и т. Разработаны два варианта проведения процесса СВС твердосплавных материалов и их формования , . Первый вариант широко применяется для получения твердосплавных заготовок, отношение высоты к диаметру которых не превышает . В качестве передающей среды используется песок, который позволяет отводить выделившиеся при горении адсорбированные газы, а также служит теплоизолятором. Основным недостатком такой схемы является трудность воспроизведения формы в заданной исходной заготовке. Второй вариант в жестких прессформах, используется для получения крупногабаритных изделий. Передающая среда отсутствует, что позволяет получать твердосплавные заготовки заданной формы. Разработан технологический процесс СВС твердосплавных материалов и их экструзии, сочетающий горение в режиме СВС со сдвиговым пластическим деформированием . Этот процесс обеспечивает синтез материала и получение изделия в одной установке и соединяет в себе достоинства как экструзии возможность получения изделий нужного профиля с минимальной последующей обработкой, так и технологии СВС экономичность, простота оборудования, малое время процесса, отсутствие необходимости высоких усилий при деформировании, отсутствие энергозатрат на внешний нагрев заготовки.