РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ ТИПА HfB2\RHEOLOGICAL BEHAVIOR OF POWDER MIXTURES OF TYPE HfB2

Дешевый хостинг

Тугоплавкие вещества — металлы и тугоплавкие соединения являются одним из источников новых материалов, способных надежно работать в самых жестких условиях эксплуатации. Основным технологическим процессом изготовления материалов на основе тугоплавких веществ и их композиций является порошковая металлургия, обеспечивающая сочетание высокой технологичности с возможностью соединения в одном материале самых разнородных компонентов и таким образом максимально широкого варьирования его физико-механических и эксплуатационных свойств. Действительно, порошковая металлургия имеет целый ряд существенных преимуществ перед такими традиционными технологическими процессами изготовления тугоплавких и композиционных материалов и изделий из них, как литье, обработка давлением, механическая обработка [1]. Основные преимущества порошковой металлургии можно сформулировать так:

  1. На изготовление детали требуется меньше металла, т. е. экономия сырья;
  2. Порошковая металлургия позволяет получать детали с нужными механическими, электрическими и магнитными свойствами;
  3. Методы порошковой металлургии позволяют обрабатывать металлы, не допускающие обработки обычными методами. Так, например, вольфрам невозможно плавить и обрабатывать обычными методами литья, поскольку очень высока его температура плавления (3410°C). Например, вольфрамовую нить для электрических ламп накаливания вытягивают из вольфрамовых штапиков, полученных прессованием и спеканием вольфрамового порошка. Порошки карбидов вольфрама, тантала и титана смешиваются с порошкообразными кобальтом и никелем, затем формуются холодным прессованием и спекаются. В результате получаются твердые металлокерамические материалы (цементированные карбиды), пригодные для обработки металлов резанием и для бурения горных пород.

Примером тугоплавкого вещества получаемого методами порошковой металлургии является диборид гафния — HfB2. Диборид гафния обладает очень высокой температурой плавления в 3250°C и является самым термостойким из всех боридов. Эффективным методом промышленного получения диборида гафния является метод ударного синтеза. Ударный синтез – новый шаг в технологиях порошковой металлургии, сулящий большие перспективы, так как при ударном сжатии порошков развиваются очень большие давления за короткое время и тем самым обеспечиваются как уплотнение, так и требуемая физико-химическая активация порошков. Ударно-волновое воздействие фактически объединяет три технологических процесса: механическую активацию, уплотнение и спекание, что имеет большое значение для формирования трудно обрабатываемых порошковых материалов. Особенно важна в этом методе его экономичность: реакция боридообразования не требует внешнего притока энергии (только на поджог смеси) и есть возможность получения большого количества борида.

При интенсивном механическом воздействии может происходить увеличение реакционной способности порошковой смеси, т. е. понижение порога запуска химических превращений. Следует ожидать, что степень механической активации определяется интенсивностью механического воздействия. В серии экспериментов по ударному синтезу карбида титана было обнаружено, что существует некоторый интервал амплитуд ударного нагружения в котором, с ростом интенсивности воздействия выход реакции уменьшается. Этот эффект может быть связан с тем, что инициирование химических превращений в процессе действия ударного импульса может привести к локальному изменению агрегатного и фазового состояния материала компонентов порошкового тела, определяя нелинейный характер ударного уплотнения. Для исследования возможных причин такого спада продукта реакции с ростом амплитуды ударного сжатия модель была модифицирована с учетом поведения экзотермически реагирующих порошковых материалов типа Ti-C.

Тугоплавкий компонент смеси – графит и неспособен сопротивляться значительным сдвиговым нагрузкам. С некоторого уровня амплитуды динамического воздействия порошковый материал начинает вести себя как суспензия твердых частиц в расплаве. Такое поведение характеризуется уменьшением достижимой степени механической активации. Возможность реализации такого сценария смены режима уплотнения порошковой смеси титан-графит показана в работах Лейцина, Кобраль, Дмитриевой.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Проверка гипотезы о том, что в порошковой смеси гафний – бор может наблюдаться смена режима уплотнения с вязкопластического течения деформируемых твердых порошковых частиц на вязкопластическое течение суспензии взаимодействующих частиц в расплаве, наблюдаемая для порошковой системы титан-графит. Предпосылкой этого является близость температур плавления гафния и бора.

Refractory substances — metals and refractory compounds are one of the sources of new materials capable of reliably operating under the most severe operating conditions. The main technological process of manufacturing materials based on refractory substances and their compositions is powder metallurgy, which provides a combination of high processability with the ability to combine in one material the most diverse components and thus maximally wide variation of its physical, mechanical and operational properties. Indeed, powder metallurgy has a number of significant advantages over such traditional technological processes for manufacturing refractory and composite materials and products made of them, such as casting, pressure treatment, machining [1]. The main advantages of powder metallurgy can be formulated as follows:

The production of the part requires less metal, that is, the economy of raw materials;
Powder metallurgy makes it possible to obtain parts with the necessary mechanical, electrical and magnetic properties;
Methods of powder metallurgy allow processing metals that do not allow treatment by conventional methods. For example, tungsten can not be melted and processed with conventional casting methods, since its melting point is very high (3410 ° C). For example, a tungsten filament for electric incandescent lamps is pulled out of tungsten beads obtained by pressing and sintering a tungsten powder. Powders of tungsten, tantalum and titanium carbides are mixed with powdered cobalt and nickel, then they are molded by cold pressing and sintered. As a result, solid cermets (cemented carbides) are obtained, suitable for metal processing by cutting and for rock drilling.

An example of the refractory material obtained by powder metallurgy methods is hafnium diboride — HfB2. Hafnium diboride has a very high melting point of 3250 ° C and is the most heat-resistant of all borides. An effective method for the industrial production of hafnium diboride is the shock synthesis method. Shock synthesis is a new step in the technologies of powder metallurgy, which promises great prospects, since with shock compression of powders very large pressures develop in a short time, and thus both compaction and the required physico-chemical activation of powders are provided. Shock-wave action actually combines three technological processes: mechanical activation, compaction and sintering, which is of great importance for the formation of difficult to handle powder materials. Especially important in this method is its economy: the reaction of boride formation does not require an external influx of energy (only to burn the mixture) and there is the possibility of obtaining a large amount of boride.

With intensive mechanical action, an increase in the reactivity of the powder mixture can occur, i.e., a lowering of the threshold for the initiation of chemical transformations. It should be expected that the degree of mechanical activation is determined by the intensity of the mechanical action. In a series of experiments on the impact synthesis of titanium carbide, it was found that there is a certain range of shock loading amplitudes in which, with increasing intensity of action, the yield of the reaction decreases. This effect may be due to the fact that the initiation of chemical transformations during the action of a shock pulse can lead to a local change in the aggregate and phase state of the material of the components of the powder body, determining the nonlinear character of the shock seal. To study the possible causes of such a decline in the product of the reaction with increasing shock-compression amplitude, the model was modified taking into account the behavior of exothermically reacting powder materials of the Ti-C type.

The refractory component of the mixture is graphite and is incapable of resisting significant shear loads. From a certain level of amplitude of dynamic action, the powder material begins to behave like a suspension of solid particles in the melt. This behavior is characterized by a decrease in the achievable degree of mechanical activation. The possibility of implementing such a scenario for changing the sealing regime for a powder mixture of titanium-graphite is shown in the works of Leitsin, Kobal’l, and Dmitrieva.

PURPOSE OF WORK: Testing the hypothesis that in the powder mixture of hafnium boron, a change in the sealing regime from the viscoplastic flow of deformable solid powder particles to the viscoplastic flow of the suspension of interacting particles in the melt observed for the titanium-graphite powder system can be observed. A prerequisite for this is the proximity of the melting points of hafnium and boron.

Дешевый хостинг
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: