LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления

УДК 621.762

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления

К.В.Бечке, С.А.Щербина

Днепропетровский национальный университет

Рецензенты: д-р техн. наук И.М. Спиридонова, Днепропетровский национальный университет;

д-р техн. наук Р.П. Дидык, Национальный горный университет

Работа посвящена исследованию возможностей прогнозирования размера частиц металлических порошков, полученных с использованием метода распыления расплавов водой. Выполнено моделирование процесса деформации и многостадийного дробления капель, определяющего размер образующихся частиц, по двум механизмам (с учетом критерия Вебера) для алюминиевых сплавов и меди. Показано, что теоретические результаты достаточно хорошо коррелируют с экспериментальными в широком интервале температур и давлений распыления.

Ключевые слова: металлические порошки, алюминий, медь, параметры распыления, гранулометрический состав.

Робота присвячена дослідженню можливостей прогнозування розміру часток металевих порошків, отриманих з використанням методу розпорошення розплавів водою. Виконано моделювання процесу деформації і багатостадійного дроблення крапель, що визначає розмір утворених часток, за двома механізмами (з урахуванням критерію Вебера) для алюмінієвих сплавів і міді. Показано, що теоретичні результати достатньо добре корелюють з експериментальними в широкому інтервалі температур і тиску розпорошення.

Ключові слова: металічні порошки, алюміній, мідь, параметри розпорошення, гранулометричний склад.

Work is devoted to research of opportunities of forecasting of the metal powders particles size, which are produced using water atomization. Modelling of deformation process and the multiphasic drops crushing determining the size of formed particles, on two mechanisms (in view of Weber criterion) for aluminium alloys and сuprum is executed. It is shown, that theoretical results well enough correlate with experimental in a wide interval of atomization temperatures and pressure.

Key words: metal powders, aluminium, cuprum, atomization parameters, size distribution.

Использование методов порошковой металлургии позволяет получать материалы с высокими, а иногда уникальными функциональными характеристиками, которые зависят во многом от свойств исходных порошков [1, 2]. Метод распыления расплавов признан одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных методов получения металлических порошков. Диспергированием расплава можно получать порошки металлов и сплавов как с высокой температурой плавления (железо, медь, их сплавы), так и более легкоплавких (алюминий, его сплавы), частицы которых имеют различные размеры и форму. Высокие скорости охлаждения при кристаллизации (до 106 К/с) способствуют образованию высокодисперсной структуры, отсутствию ликвационных явлений, увеличению содержания легирующих элементов в твердом растворе [3-5].

Установление особенностей влияния параметров распыления на изменение размеров частиц представляет интерес, так как гранулометрический состав является одним из наиболее важных свойств порошков, оказывающем влияние на поведение порошков при прессовании и последующей обработке, температурные параметры и кинетику спекания, пористость и формирование структуры изготавливаемого материала, его эксплуатационные свойства.

Целью данной работы является исследование возможностей прогнозирования размера частиц металлических порошков, полученных с использованием метода распыления расплава водой.

Создание модели процесса дробления капли расплава необходимо для исследования влияния наиболее важных факторов, определяющих процесс формирования частиц определенного размера, и выявления менее важных факторов. Применение подобной модели непосредственно на практике позволит существенно сократить затраты на проведение серии экспериментов. Результаты позволят прогнозировать технологические режимы распыления расплавов водой и активно влиять на основные свойства порошков, а через них – на эксплуатационные свойства материалов.

Размер частицы порошка определяется размером капли расплава, из которой она образовалась при кристаллизации. В свою очередь, образование капель определенного размера происходит при разрушении струи металлического расплава под воздействием струи энергоносителя на отдельные пряди и последующих многостадийных деформации и дроблении первичных прядей и формирующихся капель. Если размер капли равен критическому или меньше его, то первоначально образовавшаяся капля может испытывать многократные дробления в период ее охлаждения от температуры начала распыления до затвердевания [5-7]. Процессы деформации и дробления происходят только во время нахождения капли в жидком состоянии и завершаются в момент ее кристаллизации.

Несмотря на то, что распыление расплава производится водой, на жидкую каплю воздействует перегретый пар, образовавшийся в результате кипения воды на ее поверхности, который и является фактическим энергоносителем [5-7]. Процессы деформации и дробления капель, их охлаждения и кристаллизации зависят как от свойств расплавов, так и от эффективной плотности энергоносителя, коэффициента теплоотдачи через паровую оболочку и давления в ней. Эти параметры, в свою очередь, определяются механизмом кипения воды на охлаждаемой поверхности. В зависимости от температуры капли может наблюдаться пузырьковое кипение (температуры до 700…7500С) с наиболее высоким коэффициентом теплоотдачи, кипение в переходном режиме с наиболее низкой теплоотдачей, устойчивое пленочное кипение (свыше 9500С) [8].

Для оценки минимального размера капли введем ряд допущений. Паровая пленка существует в течение всего времени деформации капли, флуктуационные явления, связанные со срывом паровой оболочки с поверхности капли, не происходят. Пленка находится в состоянии устойчивого равновесия и давление