КИНЕТИКА УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ИНДУКЦИОННОМ ПРИПЕКАНИИ ПОКРЫТИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ
Гафо Ю.Н., Сосновский И.А. (ОИМ НАН Беларуси, г.Минск, РБ)
The results of stadying of the compaction kinetic by induction centrifugal sintering coating from metal powders are stated in the given paper.
Одним из наиболее производительных методов нанесения порошковых покрытий является процесс индукционного центробежного припекания [1]. Индукционным центробежным припеканием в настоящее время можно наносить покрытия на внутренние, наружные и торцевые поверхности.
Технология нанесения покрытия заключается в следующем: во внутреннюю полость заготовки помещают объемную дозу порошкового материала, через антипригарные прокладки с торцов закрывают заготовку крышками. Сборку устанавливают и закрепляют на центробежной установке, осуществляют позиционирование заготовки относительно индуктора. Затем сборку приводят во вращение вокруг собственной оси и нагревают индуктором ТВЧ. При помощи оптического пирометра измеряют и контролируют достижение требуемой температуры 0,7-0,95 Тпл. После спекания порошкового материала и припекания покрытия нагрев отключают, а при охлаждении заготовки до 600-900К прекращают вращение, затем сборку снимают с центробежной установки и охлаждают ее до комнатной температуры в статическом состоянии. Полученное покрытие обрабатывают в требуемый размер.
Как показано нашими теоретическими и экспериментальными исследованиями, основанными на использовании феноменологической теории ползучести порошковых материалов [2], выражение для определения распределения пористости по толщине порошкового слоя в зависимости от времени и материальной координаты r0:
(1)
Соотношение устанавливающее взаимосвязь между радиусом произвольной точки порошкового слоя в пространственной (неподвижной) системе координат r/(t) и ее радиусом в материальной (движущейся) системе координат r0(t):
. (2)
Таким образом, используя соотношения (1) и (2) всегда можно рассчитать распределение пористости по толщине получаемого покрытия в зависимости от времени припекания t. Зависимость толщины покрытия от времени H(t) определяется на основании (2) выражением (3) [3]:
. (3)
Здесь:
; 
; 
; ;
;
Н – толщина покрытия, м; R1 – радиус внутренней поверхности детали, м; R0 – начальное расстояние свободной поверхности порошкового слоя от оси вращения, м; П0 – начальная пористость порошкового материала, %; ℓ0 – длина покрытия, м; А, А0 –параметры, определяемые экспериментально; ηк – коэффициент сдвиговой вязкости материала порошка, Н·с/м2; ρк – пикнометрическая плотность материала порошка, кг/м3.
В результате анализа закономерностей кинетики уплотнения в процессе центробежного индукционного припекания порошковых покрытий выведено уравнение (1), определяющее распределение пористости по толщине получаемых покрытий в зависимости от технологических режимов, исходных свойств наносимых материалов и геометрических параметров исходных заготовок. Анализ полученного уравнения кинетики уплотнения показывает, что пористость в покрытиях, полученных методом центробежного припекания, распределяется неравномерно по толщине покрытия и уменьшается по мере удаления от свободной поверхности порошка. Повышенная пористость в зоне рабочей поверхности покрытия обеспечивает хорошие условия для аккумулирования смазочного материала, а пониженная пористость у поверхности основы позволяет повысить адгезионную прочность.
Уравнение кинетики уплотнения получено в аналитической форме и инженерном виде и, в связи с этим, поддается математическому и физическому анализу. Для расчетов по этому уравнению не требуется применения сложных приближенных вычислительных методов с использованием ЭВМ, достаточно использования обычного калькулятора для инженерных расчетов. Применение выведенного уравнения позволяет обоснованно прогнозировать технологические параметры получаемых покрытий и рационально проектировать технологические процессы центробежного индукционного припекания.
Литература
1. Дорожкин Н.Н., Кашицин Л.П., Абрамович Т.М., Кирпиченко И.А. Центробежное припекание порошковых покрытий при переменных силовых воздействия /Под ред. В.Г. Горобцова. – Мн.: Навука i тэхнiка, 1993. -159 с.
2. Гафо Ю.Н. Определяющие уравнения феноменологической теории ползучести порошковых материалов / В кн.: «Защитные покрытия, сварка и контроль: мат. докл.. Междунар. техн. конф., Минск, 30 апреля 2006 г./ Ред. кол. А.Ф. Ильющенко и др. – Мн., 2006.- С. 18-19.
3. Гафо Ю.Н., Сосновский И.А. Разработка математической модели процесса формирования порошкового покрытия при центробежном индукционном припекании / В кн.: Математические модели и алгоритмы для имитации физических процессов.// Материалы Международной научно-технической конференции (11-14 сентября, 2006, Таганрог, Россия). Т.1 Физико-математические и физико-технические модели и алгоритмы для имитации физических процессов // Таганрогский государственный педагогический институт.- Таганрог: Изд-во Таганрог. гос. пед. ин-та, 2006.- С. 94-98.