Введение к работе
Актуальность проблемы. * Внимание к проблеме создания композиционных металлических материалов с заданными физико-механическими свойствами под конкретные условия эксплуатации непрерывно возрастает, начиная с середины 60-х годов. Это объясняется прежде всего тем, что возможность повышения механических свойств традиционных металлических материалов конструкционного назначения практически полностью исчерпаны. В то же время методы проектирования композиционных материалов (КМ) позволяют на практике реализовать научные принципы конструирования материалов с заданными физико-механическими свойствами.
Проблему разработки КМ и, в особенности, КМ с металлической матрицей, можно рассматривать в виде суперпозиции нескольких крупных задач: достижения оптимального уровня взаимодействия компонентов КМ, разработки и создания специализированных технологических процессов получения КМ конкретного назначения, исследования физико-механических свойств КМ для наиболее эффективного их применения.
Эти материалы- также являются перспективными ввиду своей относительно низкой стоимости, уникальным свойствам н, в первую очередь, высокой износостойкости. Особое внимание в последние годы уделяется созданию износостойких КМ с особыми свойствами на основе карбида титана.
Создание таких КМ возможно при применении принципиально новых
технологических процессов получения КМ, например,
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в порошковой смеси чистых элементов и металлической связки. Соединение в едином цикле СВС химического соединения и динамического компактирования продукта реакции открывает широкие возможности для получения КМ с заданными свойствами.
Однако, высокие скорости экзотермических реакций синтеза и фазовых превращений при получении износостойких КМ методом СВС создают значительные трудности в управлении технологическим процессом.
Поэтому для технологии получения КМ на основе карбида титана необходимо решить ряд задач, прежде всего оптимизировать технологические режимы получения КМ на основе математических моделей процессов СВС химических соединений в порошковых смесях исходных элементов, а также исследований структуры и механических свойств синтезированных под давлением сплавов и КМ на их основе.
В связи с вышеизложенным представляется целесообразным исследование закономерностей высокотемпературного синтеза карбида титана в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистых элементов и порошковой смеси с инертным наполнителем и оптимизация технологического процесса получения износостойкого материала на основе карбида титана методом СВС.
Исследования были осуществлены на кафедре физики и математики ПятГФА. Работа была выполнена в соответствии с темой «Контактное
плавление и жидкофазное спекание композиционных материалов на основе карбида титана» (регистрационный номер 01.960.009195), включённой в план НИР ПятГФА.
Цель и задачи исследования. Целью работы является оптимизация параметров технологического процесса получения износостойкого композиционного материла на основе карбида титана методом СВС.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать математическую модель высокотемпературного синтеза карбида титана в системе чистых элементов с инертным наполнителем порошка нихрома в режиме теплового взрыва;
исследовать влияние объемной доли инертного наполнителя на термограмму процесса синтеза карбида титана и фазовый состав конечного продукта;
изучить влияние объемной доли инертного наполнителя на полноту протекания реакции высокотемпературного синтеза карбида титана в режиме теплового взрыва порошковой системы титан-углерод;
- исследовать структуру КМ на основе карбида титана, полученного
методом СВС-комнактированиеем и сравнить со структурой КМ полученных
традиционными методами порошковой металлургии;
- определить свойства композиционных порошковых материалов,
полученных механическим измельчением СВС-металлокерамического
компакта;
- разработать технологию получения материала с наиболее высокими для
данной системы прочностными свойствами при мелкозернистой структуре и
минимальной пористости и рекомендации по её практической реализации.
Научная новизна. На основе физических представлений о диффузионной кинетике образования химического соединения на границе раздела разнородных порошковых частиц разработана математическая модель процесса синтеза карбида титана с инертным наполнителем. Путем совместного решения уравнений диффузионной кинетики образования химического соединения и уравнения теплового баланса определены количественные закономерности процесса синтеза карбида титана в зависимости от скорости нагрева, дисперсности порошковой системы н объемной доли инертного наполнителя.
Практическая значимость работы. Создана математическая модель высокотемпературного синтеза карбида титана в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистых элементов с нихромовои связкой, позволяющая оптимизировать процесс высокотемпературного синтеза карбидных композиционных материалов заданного фазового состава.
Реализация результатов работы. Из сплавов на основе карбида титана с нихромовои связкой, полученных с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, изготовлены ножи экструдеров для грануляции полиэтилена. Изготовлена опытно-промышленная партия ножей, которые успешно прошли производственные испытания на МП ПНТЦ (г. Пятигорск).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Северо-Кавказской региональной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Эдельвейс - 96» (Нальчик, 1996 г.), Всероссийском, симпозиуме «Математическое моделирование и компьютерные технологии» (Кисловодск, 1997) и ежегодных научных конференциях ПятГФА (Пятигорск 1996,2000 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, содержит 120 страниц машинописного текста, 21 рисунок, 5 таблиц, список литературы из 127 наименований.
