Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
Моделирование m-фазного активного выпрямителя напряжения с пространственно-векторной модуляцией
Get PDFThe autonomous power supply system (APSS) from synchronous magnetoelectric generator and active voltage rectifier (AVR) maximally meets the requirements of the minimum specific mass and the complete coordination of the primary electric power source with the load. With multiphase (m > 3) execution of the electric machine, it is possible to obtain a trapezoidal electromotive force (EMF) and increase the specific power conversion provided that the EMF and the current at the output of the m-phase generator are fully matched. Therefore, the aim of the work is to synthesize the space-vector modulation (SVM) algorithm of the active voltage rectifier to fully match the primary source of electrical energy with the load under the condition of a trapezoidal EMF of the generator. Synthesis of the PVM algorithm for the m-phase AVR is based on the use of a vector-matrix mathematical apparatus. Using the example of a nine-phase system, a SVM algorithm has been developed, the feature of which is the transformation of the generalized voltage vector m-phase coordinate system into (m – 1)/2 voltage vectors with different angular velocities in two-phase orthogonal stationary αβ coordinate systems. At the same time, based on the developed PVM algorithm, it is possible to independently control the (m – 1)/2 voltage vectors in the corresponding αβ planes, providing a signal similar to the EMF of the generator at the input terminals of the AVR. In order to confirm the theoretical propositions, an imitation model of the space-vector modulation unit for the realization of trapezoidal signals at the terminals of a nine-phase AVR has been developed. The efficiency of the developed algorithm is confirmed by the results of simulation modelling. As a result of the evaluation of the energy parameters (operating power) of the phase of power supply system direct current, it is established that the application of the developed space-vector modulation algorithm for the active voltage rectifier in order to fully match the trapezoidal shape of the EMF and the current at the output of the m-phase generator will increase the power of the APSS by 14 % compared to a power supply system of direct current with a sinusoidal form of the EMF and the current of the generator phase. It is established that the developed measuring device can be used to establish the presence of defects like “delamination”. The influence of the depth of the defect placement on the measured parameters is shown.Система автономного электроснабжения (САЭС) постоянного тока из синхронного магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя напряжения (АВН) максимально отвечает требованиям минимума удельной массы и электромагнитной совместимости первичного источника электрической энергии с нагрузкой. При многофазном (m > 3) исполнении электрической машины существует возможность получения трапецеидальной электродвижущей силы (ЭДС) и увеличения удельной преобразуемой мощности при условии согласования ЭДС и тока на выходе m-фазного генератора. Целью работы является синтез алгоритма пространственно-векторной модуляции (ПВМ) активного выпрямителя напряжения для полного согласования первичного источника электрической энергии с нагрузкой при условии трапецеидальной формы ЭДС генератора. Синтез алгоритма ПВМ для m-фазного АВН основан на использовании векторно-матричного математического аппарата. На примере девятифазной системы разработан алгоритм ПВМ, особенностью которого является преобразование обобщенного пространственного вектора напряжения m-фазной системы координат в (m – 1)/2 векторов, вращающихся с разными угловыми скоростями в двухфазных ортогональных неподвижных системах αβ координат. При этом на основе разработанного алгоритма ПВМ возможно независимо управлять (m – 1)/2 векторами напряжения в соответствующих αβ плоскостях, обеспечивая схожую с ЭДС генератора форму сигналов на входных зажимах АВН. В целях подтверждения теоретических положений разработана имитационная модель блока пространственно-векторной модуляции для реализации трапецеидальных сигналов на зажимах девятифазного АВН. Работоспособность разработанного алгоритма подтверждена результатами имитационного моделирования. В результате оценки энергетических показателей (действующей мощности) фазы САЭС постоянного тока установлено, что применение разработанного алгоритма пространственно-векторной модуляции для активного выпрямителя напряжения в целях полного согласования трапецеидальной формы ЭДС и тока на выходе m-фазного генератора позволит увеличить мощность САЭС на 14 % по сравнению с САЭС постоянного тока при синусоидальной форме ЭДС и тока фазы генератора
Решение задачи гибки листа методом полей линий скольжения
Get PDFOne of the limitations imposed on this process of bending is the possibility of cracking on the surface of the sheet during bending. To predict this type of metal destruction, information is needed on the plastic properties of the material and the stress state in the deformation zone during the bending process. The solution of the problem of sheet bending under conditions of a flat-strained state by graphical construction of the slip line field using a rigid cylindrical mandrel has been analyzed. The material model is a perfectly plastic body. The stresses in the deformation zone and accumulated strains have been determined. The bending process is characterized as unidirectional and monotonous. It has been determined that the mean stress on the outer surface of the sheet during bending equals to 1, and it does not depend on the sheet thickness and the radius of the rigid cylindrical mandrel. Verification of the accuracy of the graphical solution is made. The resulting solution can be used as the basis for an experimental method for testing the plastic properties of metals.Одним из ограничений, налагаемых на процесс гибки листа, является возможность образования трещин на поверхности. Для прогнозирования данного вида разрушения металла необходима информация о пластических свойствах материала и напряженном состоянии в очаге деформации в процессе гибки. Приведено решение задачи гибки листа в условиях плоско-деформированного состояния на жесткой цилиндрической оправке методом графического построения поля линий скольжения. В качестве модели материала рассмотрено идеально-пластическое тело. Определены напряжения в очаге деформации и накопленные деформации. Процесс гибки квалифицирован как однонаправленный и монотонный. Установлено, что среднее напряжение на наружной поверхности листа при гибке равно 1 и не зависит от толщины листа и радиуса жесткой цилиндрической оправки. Осуществлена проверка точности графического решения. Полученное решение может быть положено в основу экспериментального метода испытания пластических свойств металлов
Электролитно-плазменное полирование кобальт-хромовых сплавов медицинского назначения
Get PDFIn the manufacture of implants that are subject to increased cyclic loads, cobalt-chromium alloys with high hardness- and wear resistance have recently been widely used. Roughness of working surfaces is one of the most important characteristics of such products. The traditional processes of finishing the surface of cobalt-chromium alloy implants are based on mechanical and electrochemical methods. The disadvantages of mechanical methods are low productivity, susceptibility to the introduction of foreign particles, difficulties in processing of complex geometric shapes. For electrochemical technologies the treated materials are considered intractable, harmful electrolytes, consisting of solutions of acids, are used in the process of polishing. As an alternative to existing methods, it was proposed to use an environmentally safe method of electrolytic-plasma polishing, the main advantage of which is the use of aqueous solutions of salts with a concentration of 3–5 % as electrolytes. According to the results of the technological process, it has been established that at most electrolyte-plasma polishing modes of cobalt-chromium alloys for medical purposes, a relief in the form of a grid of protrusions occurs on the surface, the origin of which can be explained by the heterogeneity of the material structure that occurs at the stage of casting. Moreover, the height of the formed relief protrusions has a direct impact on the amount of surface roughness. As a result of studies, electrolyte-plasma polishing process modes were established, ensuring the formation of a smooth surface without the presence of embossed protrusions, smoothing the microrelief with the removal of scratches resulting from pre-grinding, achieving a low roughness value (Ra 0.057 micron) and a high reflection coefficient (0.7), which fully meets the requirements for the surface of the implants.При изготовлении имплантатов, подверженных повышенным циклическим нагрузкам, в последнее время широко используются кобальт-хромовые сплавы, обладающие высокой твердостью и износостойкостью. Шероховатость рабочих поверхностей является одной из важнейших характеристик таких изделий. Традиционные процессы финишной отделки поверхности имплантатов из кобальт-хромовых сплавов основаны на механических и электрохимических методах. Недостатками механических методов являются малая производительность, подверженность внедрению инородных частиц, затруднения при обработке сложных геометрических форм. Для электрохимических технологий рассматриваемые материалы труднообрабатываемые, в процессах их полирования используются вредные электролиты, состоящие из растворов кислот. В качестве альтернативы существующим методам предложено использование экологически безопасного метода электролитно-плазменного полирования, основным преимуществом которого является применение в качестве электролитов водных растворов солей концентрацией 3–5 %. По результатам отработки технологического процесса установлено, что на большинстве режимов электролитно-плазменного полирования кобальт-хромовых сплавов медицинского назначения на поверхности происходит формирование рельефа в виде сетки выступов, происхождение которых можно объяснить неоднородностью структуры материала, возникающей на стадии получения заготовки литьем. Причем высота образующихся рельефных выступов оказывает непосредственное влияние на величину шероховатости поверхности. В результате исследований определены режимы процесса электролитно-плазменного полирования, обеспечивающие формирование гладкой поверхности без присутствия рельефных выступов, сглаживание микрорельефа с удалением царапин, образуемых в результате предварительного шлифования, с достижением низкого значения шероховатости (Ra 0,057 мкм) и высокого коэффициента отражения (0,7), что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к поверхности имплантатов
Обоснование параметров измерительного преобразователя в технологии RFID с индуктивной связью
Get PDFIn the work the technology of radio-frequency identification of objects with inductive coupling is considered, using passive electric oscillating circuits tuned to fixed frequencies from the working frequency range as identification features of the object. The choice of the primary measuring transducer and the informative parameter is based on the results of the analysis of the system of inductively coupled active and passive electric oscillation circuits, known from the theory of radio engineering circuits. The parameters of the measuring transducer ensuring the fulfillment of the requirements for identification and localization of objects specified by technological conditions are substantiated. Factors that are potentially dangerous with respect to reducing the information reliability of the measuring transducer are considered, as well as the possibility of reducing their influence to a minimum. The problems of experimental research are formulated. It is shown that the analysis can be performed by software discrete adjustment of the primary measuring transducer and the generator feeding it. In this case, the task of increasing the speed is targeted at decreasing the duration of the step of tuning the primary measuring transducer. The required reliability of object identification is achieved by: ensuring high stability of the frequencies of the generator supplying the primary measuring transducer; accuracy and stability of tuning of the primary measuring transducer to the frequencies of the supplying generator; protection of the primary measuring transducer from the influence of interference generated by external sources and other measuring converters of the object identification system (electromagnetic compatibility of the object identification system); sufficient magnitude of the response of the primary measuring transducer to the introduction of passive electrical oscillation circuits; sufficient frequency tuning interval for passive electric oscillation circuits; accuracy and stability of tuning of passive electric oscillation circuits; stability of the detection threshold relative to the initial level of the informative parameter. Electromagnetic compatibility of measuring transducers, whose sensing elements are in the zone of mutual influence, is provided by synchronizing the operation of measuring transducers with shunting of inactive sensors, screening, mutual orientation and spacing of sensing elements.Рассмотрена технология радиочастотной идентификации объектов с индуктивной связью, использующая в качестве идентификационных признаков объекта пассивные электрические колебательные контуры, настроенные на фиксированные частоты из рабочего диапазона частот. Выбор первичного измерительного преобразователя и информативного параметра произведен на основании известных из теории радиотехнических цепей результатов анализа системы индуктивно связанных активного и пассивного электрических колебательных контуров. Обоснованы параметры измерительного преобразователя, обеспечивающие выполнение заданных технологическими условиями требований к идентификации и локализации объектов. Рассмотрены факторы, потенциально опасные в отношении снижения информационной надежности измерительного преобразователя, и возможности сведения их влияния до минимума. Сформулированы задачи экспериментальных исследований. Показано, что анализ может производиться путем программной дискретной перестройки первичного измерительного преобразователя и питающего его генератора. При этом задача повышения быстродействия сводится к снижению длительности шага перестройки первичного измерительного преобразователя. Требуемая достоверность идентификации объектов достигается: обеспечением высокой стабильности частот генератора, питающего первичный измерительный преобразователь; точностью и стабильностью настройки первичного измерительного преобразователя на частоты питающего генератора; защитой первичного измерительного преобразователя от влияния помех, создаваемых внешними источниками и другими измерительными преобразователями системы идентификации объектов (электромагнитная совместимость системы идентификации объектов); достаточной величиной отклика первичного измерительного преобразователя на внесение пассивных электрических колебательных контуров; достаточным частотным интервалом настройки пассивных электрических колебательных контуров; точностью и стабильностью настройки пассивных электрических колебательных контуров; стабильностью порога обнаружения относительно начального уровня информативного параметра. Электромагнитная совместимость измерительных преобразователей, чувствительные элементы которых находятся в зоне взаимного влияния, обеспечивается путем синхронизации работы измерительных преобразователей с шунтированием неактивных чувствительных элементов, экранирования, взаимной ориентации и территориального разноса чувствительных элементов
Технология и оборудование переработки вторичного углеводородсодержащего сырья
Get PDFThe concept of “steam thermolysis”, specifically, the use of overheated water steam as an effective coolant and inert medium to reduce the formation of environmentally hazardous compounds in the process of thermochemical decomposition of organic waste and to have the possibility of obtaining valuable end products that can be certified as fuels, fuel additives, raw materials and components for certain products, is grounded. Based on the study of decomposition of organic waste in a superheated water steam environment, a thermochemical technology for processing of hydrocarbon-containing raw materials has been developed.To implement the technology of processing hydrocarbon-containing raw materials, it is necessary to heat the raw material up to the specified temperature, maintain the raw material at this temperature for the time required for complete removal of hydrocarbons and water, to cool and condense the steam-gas products, and to cool the solid products. All these processes (heating, holding at a given temperature, cooling, condensation) are associated with the supply of energy (heating and soaking) and energy removal (condensation and cooling of products). On the basis of the law of conservation of energy, the heat transfer equation is formulated and its solution is computed, which makes it possible to calculate the necessary time for the complete course of the thermal decomposition of hydrocarbons.The new technology is instrumentally designed as a line for processing of oil-containing waste, installed on the territory of the company Industrial-transport corporation LLC (Angarsk, Russia). With the help of this equipment, it was proved experimentally under experimental industrial conditions, that as a result of steam thermolysis of oil sludges, the formation of a gasoline fraction occurs, the content of kerosene and diesel fractions increases, and the content of the black oil fraction decreases significantly. Обоснована концепция «парового термолиза», то есть использования перегретого водяного пара как эффективного теплоносителя и инертной среды для снижения образования экологически опасных соединений в процессе термохимического разложения органических отходов и возможности получения ценных конечных продуктов, которые могут быть сертифицированы как топлива, добавки к топливам, сырьевые материалы и компоненты для получения некоторых видов продукции. На основании исследования разложения органических отходов в среде перегретого водяного пара разработана термохимическая технология переработки углеводородсодержащего сырья.Для реализации технологии переработки углеводородсодержащего сырья следует осуществить нагрев сырья до заданной температуры, выдержать сырье при данной температуре в течение времени, необходимого для полного удаления углеводородов и воды, произвести охлаждение и конденсацию парогазовых продуктов, охладить твердые продукты. Все эти процессы (нагрев, выдержка при заданной температуре, охлаждение, конденсация) связаны с подводом энергии (нагрев и выдержка) и отводом энергии (конденсация и охлаждение продуктов). На основании закона сохранения энергии сформулировано уравнение теплопереноса и получено его решение, позволяющее рассчитывать необходимое время полного протекания процесса термического разложения углеводородов.Новая технология аппаратурно оформлена в виде линии для переработки нефтесодержащих отходов, установленной на территории компании ООО «Промышленно-транспортная корпорация» (г. Ангарск, Россия). С помощью данного оборудования экспериментально в опытно-промышленных условиях доказано, что в результате парового термолиза нефтяных шламов происходит образование бензиновой фракции, увеличивается содержание керосиновой и дизельной фракций и значительно снижается содержание мазутной фракции.
Анализ хаотических режимов функционирования схемы Чжуа с гладкой нелинейностью на основе метода матричной декомпозиции
Get PDFThe scope of this work are electric circuits or electronic devices with chaotic regimes, in particular the Chua’s circuit. A nonlinear analysis of chaotic attractors based on the Krot’s method of matrix decomposition of vector functions in state-space of complex systems has been used to investigate the Chua’s circuit with smooth nonlinearity. It includes an analysis of linear term of the matrix series as well as an estimation of influence of high order terms of this series on stability of complex system under investigation. Here the method of matrix decomposition has been applied to analysis of the Chua’s attractor. The terms of matrix series have been used to create a simulation model and to reconstruct an attractor of chaotic modes. The proposed simulation model makes it possible to separate an influence of nonlinearities on forming a chaotic regime of the Chua’s circuit. Usage of both the matrix decomposition method and computational experiment has allowed us to find out that the initial turbulence model proposed by L. D. Landau is suitable for set-up description of the chaotic regime of the Chua’s circuit. It is shown that a mode of hard self-excitation in the Chua’s circuit leads to its chaotic regime operating with a double-scroll attractor in the state-space. The results might be used to generate of chaotic oscillations or data encryption. Проведен анализ схемы Чжуа с гладкой нелинейностью с применением метода матричной декомпозиции А. М. Крота. Получено разложение в матричный ряд системы уравнений Чжуа, в результате чего найдены линейное, квадратичное и кубическое матричные ядра. На основе данного разложения разработана имитационная модель электронной схемы, реализующей схему Чжуа с гладкой нелинейностью, и построены аттракторы для хаотического режима работы данной схемы. Предложенная схемотехническая реализация позволяет учитывать раздельное влияние нелинейностей высших порядков на процесс формирования хаотического режима функционирования схемы Чжуа. Это дает возможность провести серию экспериментов по исследованию модели, не реализуемых на обычной схеме Чжуа. В ходе экспериментов была обнаружена значительная корреляция между выходными сигналами кубического и квадратичного членов матричного ряда при хаотическом режиме работы схемы. Применение матричной декомпозиции в сочетании с вычислительным экспериментом позволило выявить, что модель Л. Д. Ландау начальной турбулентности (после срыва стационарного режима) достаточно хорошо описывает процесс возникновения хаотических режимов в схеме Чжуа. В частности показано, что режим жесткого самовозбуждения электрических колебаний в схеме Чжуа приводит к появлению хаотического аттрактора типа «двойной завиток» в пространстве состояний. Полученные результаты могут найти применение в задачах генерирования хаотических сигналов, в частности для решения проблем криптографии или управления мобильными роботами, а также для предотвращения возникновения хаотических режимов в работе электронных и механических устройств
Технология устройства ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов на примере объектов Петриковского ГОКа
Get PDFScientific-technical aspects of technology of use of the ice wall when shaft sinking in water-bearing rocks, using an example of objects under construction of the Petrikov mining and processing plant, are studied. The algorithm of process of freezing of the mountain massif is described. The method is developed of calculation of the main parameters of the ice barrier, based on classical scientific concepts in the field of geotechnology, geomechanics and mountain thermal physics, containing modified formulas of thickness and time of the ice wall formation. The high efficiency of the developed technique is confirmed by the results of the successful use of the obtained numerical values of the parameters of the fence in the implementation of the project of sinking shafts. It is shown the possibility of choosing a method of defrosting frozen rocks, based on the analysis of a real three-dimensional model of the ice barrier. The most important criterion for this choice is the uniformity of the thickness of the ice barrier along the circumference of the vertical cylinder. The conclusion is made about the high scientific and practical competence of Belarusian mine builders – scientists and specialists. The country has developed a reliable system of scientific and technical support for the technology of sinking vertical mine shafts using temporary ice fences. Effective methods of preliminary geological studies, calculation of parameters of ice-rock fences and freezing equipment, selection of technology of work have been created. The necessary material and technical base for fast and high-quality performance of all complex of works on a construction of mine trunks in the special way is created.Изучены научно-технические аспекты технологии использования ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов в водоносных горных породах на примере объектов строящегося Петриковского ГОКа. Описан алгоритм процесса замораживания горного массива. Разработана методика расчета основных параметров ледопородного ограждения, основанная на классических научных представлениях в области геотехнологии, геомеханики и горной теплофизики, содержащая модифицированные формулы толщины и времени образования ледопородной стенки. Высокая эффективность разработанной методики подтверждается результатами успешного использования полученных численных значений параметров ограждения при реализации проекта проходки стволов. Показана возможность выбора способа размораживания мерзлых пород на основе анализа реальной трехмерной модели ледопородного ограждения. Важнейшим критерием такого выбора является равномерность толщины ледопородного ограждения по окружности вертикального ствола. Сделан вывод о достигнутой высокой научной и практической компетенции белорусских шахтостроителей – ученых и специалистов. В стране разработана надежная система научно-технического обеспечения технологии проходки вертикальных шахтных стволов с использованием временных ледопородных ограждений. Созданы эффективные методики проведения предварительных геологических исследований, расчета параметров ледопородных ограждений и замораживающего оборудования, выбора технологии проведения работ. Сформирована необходимая материально-техническая база для быстрого и качественного выполнения всего комплекса работ по сооружению шахтных стволов специальным способом
Интегральный метод решения задач теплопроводности с граничным условием второго рода. 3. Импульсный лазерный нагрев
Get PDFExact and approximate solutions to the non-stationary problem on the heat conduction in a semi-bounded body exposed to a pulsed laser radiation flow have been obtained. The action of rectangular, triangular and parabolic laser radiation pulses on this body was investigated. Polynomial relations have been constructed on the basis of the boundary-characteristic method with introduction into consideration of the temperature-disturbance front, and they made it possible to obtain practically exact solutions for the temperature function and its time derivative at both the stages of heating and cooling of the body. It is shown by some examples that the success in solving problems on the pulsed plasma heating of bodies is associated in many respects with the necessity of definition of the time law of movement of the temperature-disturbance front with the use of the Pade diagonal approximation, which excludes, practically completely, the divergence of the power series defining the law of movement of this front, in particular, in small time intervals. The approach proposed for solving heat-conduction problems with the second-kind boundary condition allows one to simply and effectively find solutions for isotherms and lines of equal heating and cooling. Analysis of the results obtained allows the conclusion that the effectiveness of solving various technological problems, based on the use of pulsed laser radiation, is determined by the success in solving the problems on control of the time shape of a laser pulse and determination of the temperature fields in the body on the basis of polynomial representations.Получены точные и приближенные решения нестационарной задачи теплопроводности для полуограниченного тела при действии на поверхности лазерного импульсного теплового потока. Последовательно рассмотрены прямоугольная, треугольная и параболическая временные функции лазерного импульса. Построенные полиномиальные решения на основе интегрального метода граничных характеристик с введением в рассмотрение фронта температурного возмущения дают практически точные решения для температурной функции и ее временной производной, причем как на стадии нагрева, так и на стадии охлаждения. На нескольких примерах показано, что успешность решения поставленных задач плазменного импульсного нагрева тел во многом связана с необходимостью описания временного закона перемещения фронта температурного возмущения с помощью диагональной аппроксимации Паде. Это позволяет практически полностью исключить имеющую место расходимость степенных рядов, описывающих закон перемещения фронта температурного возмущения, причем на достаточно малых временных интервалах. Представленный подход на основе интегрального метода граничных характеристик с описанием решения в виде степенного полинома с представлением фронта температурного возмущения в виде диагональной аппроксимации Паде позволяет достаточно просто и эффективно находить решения для изотерм и линий равных скоростей нагрева/охлаждения (изотахи). Анализ полученных результатов позволил заключить, что эффективное решение всевозможных технологических задач, в основе которых лежит использование импульсного лазерного излучения, во многом определяется успешным решением задачи эффективного управления временной формой лазерного импульса с практически точным определением температурных полей в теле на основе полиномиальных представлений
Структурно-фазовые состояния боридов титана, полученных методом само распространяющегося высокотемпературного синтеза в поле ультразвуковых колебаний
Get PDFThe effect of ultrasound oscillations (USO) on the velocity and temperature of combustion during self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the Ti-B system and structural and phase states of the produced titanium borides is studied using the earlier developed experimental setup. The effect of USO on SHS is subdivided into thermal and physical (non-thermal). The thermal influence is connected with cooling of the specimen surface because of the occurrence of forced convection of the ambient gas, and the physical effect is due to the action of USO on complex interaction processes in the SHS wave such as melt spreading, heterogeneous reactions and mass transfer in the liquid phase. Imposition of USO on the SHS process brings about changes in the phase composition of the synthesis products. For charge composition Ti–1.0В the content of orthorhombic modification of phase TiB increases from 78.2 % without USO to 82.9 % at the USO amplitude ξ = 10 mm, while the content of the cubic modification of this phase decreases from 9.2 % at ξ= 0 to 6.8 % at ξ = 10 mm. For all the examined compositions, the amount of residual titanium and Ti3B4 decreases and the content of TiB2 increases. It is determined that carrying out SHS in the field of USO results in a change of the specific heat capacity of the target synthesis products: with raising the USO amplitude it increases by 4–5 %. Thereby it is shown that imposition of USO on SHS is an efficient physical method for purposeful regulation of structural and phase states and therefore properties of the synthesis products and can be used as a means for controlling the synthesis process.На разработанной экспериментальной установке исследовано влияние ультразвуковых колебаний (УЗК) на температуру и скорость горения при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) в системе Ti–B и структурно-фазовые состояния полученных боридов. Влияние УЗК на СВС разделено на тепловое и физическое (нетепловое). Тепловое воздействие связано с охлаждением поверхности образца из-за возникновения вынужденной конвекции окружающего газа, а физическое – с влиянием УЗК на комплексные процессы взаимодействия в волне СВС, такие как растекание расплава, гетерогенные реакции и массоперенос в жидкой фазе. Наложение УЗК на СВС-процесс приводит к изменению фазового состава продуктов синтеза. Для шихты состава Ti–1,0В содержание орторомбической модификации фазы TiB увеличивается от 78,2 % без УЗК до 82,9 % при амплитуде УЗК ξ = 10 мкм, а содержание кубической модификации этой фазы уменьшается с 9,2 % при ξ= 0 до 6,8 % при ξ = 10 мкм. Для всех исследованных составов количество остаточного титана и фазы Ti3B4 уменьшается, а содержание фазы TiB2 увеличивается. Установлено, что проведение СВС в поле УЗК приводит к изменению удельной теплоемкости конечных продуктов синтеза: при увеличении амплитуды УЗК она возрастает на 4–5 %. Таким образом, показано, что наложение УЗК на СВС является эффективным физическим методом целенаправленного регулирования структурно-фазовых состояний и, следовательно, свойств продуктов синтеза и может быть использовано в качестве средства управления процессом синтеза
Исследование формирования упрочненных слоев на титановых сплавах методом ионноплазменного азотирования
Get PDF Various methods are applied in the world practice to increase wear resistance, fatigue strength and corrosion resistance of aviation equipment, machinery and medicine parts made of titanium and its alloys. Ion-plasma nitriding provides the ultimate effect making it possible to obtain hardened layers with hardness of HV0.01 650–1000 with a thickness of 0.07–0.20 mm for 3–6 hours, depending on the grade of the titanium alloy.Technological factors effecting on the efficiency of ion-plasma nitriding of materials are the process temperature, duration of saturation, pressure, composition and flow rate of the working gas mixture. The effect of these technological parameters on the microstructure, microhardness and depth of hardened layers is investigated in the work. It is shown that hardness and depth of the nitrided layer can be controlled by changing the composition, volume and periodicity of the gaseous medium (nitrogen and argon) supply at the stages of heating and holding time of the samples from titanium and its alloys under ion-plasma nitriding. The tribological characteristics of titanium alloys as-received and the same ones subjected to ion-plasma nitriding under friction conditions without a lubricant were studied. For VT1-0 and VT6 alloys in the as-received state during the tests there is a monotonous decrease of the friction coefficient from 0.35–0.40 to 0.25, after nitriding the friction coefficient monotonically increases from 0.14 up to 0.30 when removing the hardened layer.Studies of corrosion resistance of titanium VT1-0, carried out in a 10 % solution of sulfuric acid, showed that after ion-plasma nitriding at a temperature of 830 °C for 6 hours, the corrosion resistance increases, as the positive polarization potential of the sample shows.Для повышения износостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости изделий авиационной техники, машиностроения и медицины из титана и его сплавов в мировой практике применяют различные методы. Наибольший эффект обеспечивает ионно-плазменное азотирование, которое позволяет получать упрочненные слои с твердостью HV0,01 650–1100 толщиной 0,07–0,20 мм за 3–6 ч в зависимости от марки титанового сплава.Технологическими факторами, влияющими на эффективность ионно-плазменного азотирования материалов, являются температура процесса, продолжительность насыщения, давление, состав и расход рабочей газовой смеси. Исследовано влияние указанных технологических параметров на микроструктуру, микротвердость и глубину упрочненных слоев. Показано, что, изменяя состав, объем и периодичность подачи газовой среды (азота и аргона) на стадии разогрева и выдержки образцов из титана и его сплавов при ионно-плазменном азотировании, можно управлять значениями твердости и глубины азотируемого слоя. Изучены триботехнические характеристики титановых сплавов в исходном состоянии и после ионно-плазменного азотирования в условиях трения без смазочного материала. Если для сплавов в состоянии поставки в процессе испытаний имеет место монотонное снижение коэффициента трения с 0,35–0,40 до 0,25, то после азотирования сплавов ВТ1-0 и ВТ6 коэффициент трения монотонно повышается от значения 0,14 и достигает величины 0,30 при удалении контртелом упрочненного слоя.Исследования коррозионной стойкости титана ВТ1-0, проведенные в 10%-ном растворе серной кислоты, показали, что после ионно-плазменного азотирования при температуре 830 °С в течение 6 ч коррозионная стойкость повышается, о чем свидетельствует положительный потенциал поляризации образца.