Розділ 2.
Комплексна програма та методика проведення теоретичних та експериментальних
досліджень
Дослідження технології віброармування зубків БІ полягає у виборі та
модернізації інженерних методик, які зводяться до вивчення існуючих способів
армування зубків, планування експериментів та фізичного моделювання процесу
віброармування з метою скорочення їх кількості, оптимізації технологічних
параметрів віброармування, реалізації технологічного процесу віброармування за
допомогою комплексу необхідного обладнання і оснащення, контролю якості
отриманих заготовок композиційних зубків (КЗ). Послідовність реалізації
комплексної програми проведення теоретичних та експериментальних досліджень
технологічного процесу віброармування заготовок зубків БІ представлена на рис.
2.1.
КМ проектуються у два етапи:
- розрахунковий;
- експериментально-технологічний.
На першому етапі аналізують можливі умови навантаження конструкції із КМ і
оцінюють можливості матеріалу, розраховуючи його пружні константи, міцність та
інші фізико-механічні властивості [49]. Такі розрахункові залежності існують
тільки для простих випадків навантаження, які на практиці рідко зустрічаються.
При цьому не береться до уваги впив технологічних факторів. Тому на другому
етапі досліджуються властивості КМ [50] і вибираються оптимальні технологічні
способи їх отримання. Отже, необхідно максимально використати арсенал
аналітичних методів розрахунку, щоб звести до мінімуму експериментальні
дослідження.
2.1 Програма проведення теоретичних досліджень
2.1.1 Аналіз впливу вібраційного поля на фізико-хімічні процеси віброармування
При об’ємному віброармуванні в якості арміторів використовується реліт,
основними компонентами якого є монокарбід вольфраму WC і евтектика WC - W2C
[35]. Отже, доцільним було в роботі розглянути вплив вібрації на процеси
взаємодії карбідів вольфраму з рідкою сталлю, які при віброармуванні
характеризуються такими послідовними стадіями: початковий контакт зерен
карбідів вольфраму з рідкою фазою матричного розплаву сталі, відривом зерен з
поверхні арміторів, переміщенням зерен в розплаві і утворенням КМ під дією
вібрації.
При введені литого карбіду вольфраму в розплавлений метал кожна тверда частинка
армітора радіусом rч охоплена об’ємом розплаву радіусом rр, який їй належить.
При взаємодії арміторів з рідким металом поверхні взаємодії вкриваються
оксидними плівками у вигляді фаз WO2,WO3.
Так як вібрація розплаву збільшує швидкість кристалізації, то армітори не
розплавляються, а лише частково оплавляються. Одночасне коливання і обертання
арміторів в розплаві сталі сприяє очищенню поверхні від оксидних фаз, плівки
яких збільшують віддаль між контактуючими фазами і зменшують перекриття
електронних орбіталей граничних атомів, тобто послаблюють взаємодію між атомами
металів.
Розплав хромонікелевої сталі, армований литим карбідом вольфраму, утворює
неврівноважену систему, енергія якої зменшується внаслідок міжфазових взаємодій
(таких, як дифузія одного металу в інший або розчинення твердого металу в
рідкому). Така система є також неврівноваженою при наявності оксидної плівки
між фазами. Тому атоми спроможні дифундувати через плівку. Перехід з однієї
області в іншу залежить від швидкості випаровування оксиду, тобто від
температури процесу. Швидкість випаровування оксиду залежить від тривалості
знаходження карбіду вольфраму в певній області температур. Швидкості окислення
вольфраму і карбідів Wc та W2C із зростанням температури нагрівання і
тривалості перебування в певній області температур різко зростають [37, 40,
50].
Отже, швидкість розчинення литого карбіду вольфраму у рідкій сталі
характеризується температурою нагрівання і тривалістю перебування в інтервалі
температур, при яких відбуваються його окислення.
В початковий момент контакту твердих частинок WC із рідким металом виникне
взаємодія між оксидами вольфраму і заліза за реакцією:
WnOm + FeO FeWnOm + 1.
Процес переміщення литого карбіду вольфраму в рідкій сталі супроводжується
видаленням продуктів окислення вольфраму і вуглецю з поверхні зерен реліту,
змочуванням її рідкою сталлю і взаємодією з нею. В процесі контакту литого
карбіду вольфраму з рідкою сталлю розплав спонукає його до абсорбції, яка
приводить до самодовільного диспергування WC в рідкий метал.
При просочуванні литих карбідів вольфраму рідкою сталлю відбувається не істинне
розчинення WC, а його диспергування на частинки колоїдних розмірів в результаті
зменшення вільної поверхневої енергії під дією розплаву, який є
поверхнево-активним, і тому сприяє подрібненню зерен карбіду вольфраму.
При седиментаційно-вібраційній рівновазі зерен карбіду вольфраму сумарне
значення ефективного коефіцієнту масоперенесення [56] дорівнює:
Dеф=Dв + Dа + Dос,
де Dв – коефіцієнт масоперенесення під дією вібраційної сили, м2.с-1; Dа – при
атомній дифузії, м2.с-1; Dос – при осадковій конвекції фазового переходу,
м2.с-1.
В процесі взаємодії литого карбіду вольфраму з рідкою сталлю, при формуванні
віброармованої зони і її кристалізації утворюється металозв’язка, яка закріплює
в собі зерна твердого сплаву. Металозв’язка армованого об’єму є в першому
наближені потрійним сплавом системи Fe – W – C з поєднанням тих сполук, які
утворюються легуючими елементами сталі. Вольфрам утворює карбіди WC; W2C, які
не знаходяться в рівновазі з феритом, а тому на їх базі утворюються зносостійкі
карбіди Fe3W3C та Fe4WC. Макроструктура металозв’язки, яка утворюється при
кристалізації армованого розплаву, сильно змінюється в залежності від ступені
розчинення зерен карбіду вольфраму. Підвище
- Київ+380960830922