Вы здесь

Розробка комплексної технології та устаткування для високоенергетичного електроімпульсного зміцнення титанових деталей авіаційних двигунів

Автор: 
Ткаченко Василь Васильович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2003
Артикул:
3403U001763
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
теоретичекие исследования процесса высокоэнергетической электроимпульсной
обработки
2.1. Физические модели ВЭИО
Систематические экспериментальные исследования электропластической деформации
металлов и самого электропластического (электроннопластического) эффекта были
начаты впервые советскими учеными в 1969 году.
В работе О. А. Троицкого [13] было установлено, что при пропускании через
деформированные заготовки тока нетермической величины пластические свойства их
существенно возрастают. В работе [14] Троицкого О. А. и Розно А. Г. показано,
что при прохождении через испытываемые образцы из моно- и поликристаллов
свинца, цинка, кадмия, олова, индия импульсного тока плотностью j600-800 А/мм2
(при растяжении) и j1920А/мм2 (при сжатии) с длительностью импульсов =100-150
мкс и паузой 2 т 4 сек наблюдается значительное скачкообразное приращение
пластической деформации как в обычных, так и в криогенных условиях испытаний.
Там же было показано, что наложение электронного облучения энергией 3,5 МэВ
существенно увеличивает величину деформационных скачков.
В работе Троицкого О. А. [15] установлено, что тепловой и пинч-эффект (при
котором происходят упругие колебания образца вследствие воздействия
собственного магнитного поля) мало сказываются на скачках деформации и их можно
отнести к второстепенным факторам при электроимпульсной обработке. По мнению
автора причина возникновения электропластического эффекта состоит в изменении
взаимодействия дислокаций с закрепляющими их центрами вследствие активного
деформирования колеблющихся дислокационных сегментов и увеличения вероятности
преодоления дислокациями препятствий.
Оценка эффективности действия переменного, постоянного и импульсного тока на
повышение пластических свойств выполнялась при испытаниях образцов на
ползучесть и релаксацию [16].Было установлено, что наибольший эффект
достигается при воздействии импульсного тока.
В работах Троицкого О. А. и Спицына В. М. [17, 18] постулируется описанная выше
дислокационная модель электропластического эффекта. Вкратце ее суть состоит в
следующем: прямое физическое действие импульсного тока (помимо теплового и
пондермоторного) представляют собой самостоятельное явление: в основе его лежит
электрон-дислокационное взаимодействие, приводящее к срыву дислокаций с
препятствий и к увеличению их движущимися электронами проводимости.
Дислокационная модель эффекта электропластичности не является единственной. Ряд
исследователей предлагают иную трактовку эффекта, существенно отличающуюся от
описанной. Так в работах Климова К. М. и Новикова И. И. [19,20,21] принимается
градиентно-дислокационная модель, в которой основной причиной сил, действующих
на дислокации, служит градиент технического потенциала в твердом теле из-за
наличия примесей вторых фаз, а также из-за изменения температуры и давления от
точки к точке, обусловленных процессом пластического деформирования. Так как
дислокации несут на себе положительный электрический заряд, то при прохождении
по металлу электрического тока на них будут действовать дополнительные силы.
Поэтому эффект электропластичности в этой модели объясняется также
одновременным воздействием на металл градиентов электрического потенциала и
температуры, существенно интенсифицирующих перемещение дислокаций.
Описанные выше дислокационная и градиентно-дислокационная физические модели
объясняют только повышение пластических свойств металлов. Третья физическая
модель - градиентно-диффузионная [22] дает возможность объяснить практически
все эффекты, проявляющиеся в металлах при ВЭИО.
Сущность модели состоит в том, что при введении в металлы импульсов тока с
удельной энергией q=(1-10)*109 Дж/м3 при малой длительности импульса =10-4-1
сек. (условие сохранения градиентов, т.е. условие адиабатичности) за счет
концентрации электромагнитного поля на дефектах структуры (микропоры и трещины,
расслоения и др.) на них образуются не только значительные градиенты потенциала
и температур, но также и термоупругие сжимающие напряжения. Под действием этих
напряжений и высоких температур по границам дефектов происходит диффузионное
залечивание дефектов. После такой обработки металл становится бездефектным, чем
и объясняется существенное повышение его технологических и эксплуатационных
свойств.
Градиентно-диффузионная физическая модель ВЭИО подтверждается в работах [23,
24, 25]. В теоретической работе [23] показано, что при условии адиабатичности
возникают в устье трещины, сжимающие термические напряжения, приводящие к ее
залечиванию; при невыдерживании условия адиабатичности возникают растягивающие
напряжения. В работе [24] показано, что за счет пропускания импульса тока
высокой плотности возможно остановить развитие быстрых макроскопических трещин.
В работе [25] предложен способ залечивания макроскопических трещин пропусканием
через пластину с трещиной импульсного тока в направлении, перпендикулярном
фронту трещины и одновременным воздействием магнитного поля ортогонально
плоскости пластины. В результате концентрации скрещенных электрического и
магнитного полей в устье трещины, там происходит расплавление металла
перемещение его в полость трещины и кристаллизация. Способ этот более сложен
для реализации, чем ВЭИО. Кроме того, в зоне устьев трещин остаются отверстия,
которые необходимо заваривать.
Самым важным определяющим параметром ВЭИО металлов и сплавов является
количество удельной (на единицу объема) электрической энергии, при котором
проявляются различные эффекты этой обработки. На первых этапах изучения ВЭИО
эта энергия определялась в результате длительных экспериментов. В 1987 году
исполнителями данной НИР был пре