Диссертация (1173110), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Пластины сканировались с максимальноймощностью и разной скоростью. Участки взаимодействия материала слазерным излучением исследовались в поперечном сечении.После подготовки порошкового материала и его исследования,порошковыйкомпозиционныйматериалнаносилсянаповерхностьподложки, в качестве подложек использовались те же пластины BK20. Длядальнейшего исследования были выбраны образцы с толщиной порошковогослоя от 10 до 100 мкм. Порошковые слои сканировались лазерным лучом сдлиной волны 1,07 мкм, диаметром лазерного пятна около 100 мкм.Мощность лазерного излучения варьировалась от 30 до 180 Вт, скоростьсканирования - от 30 до 350 мм/с.

При получении единичных слоев51расстояние между параллельными линиями сканирования изменяли впределах: 100 мкм, 70 мкм и 50 мкм. При изготовлении объемных объектовиспользоваласьоднонаправленнаямежслойнаяиразнонаправленнаямежслойная стратегия сканирования.Для изменения фазового состава и снятия напряжений, полученныеобразцы подвергались последующей термообработке в печах. Режимытермообработкивыбиралисьэкспериментально,гдеизменяющимисяпараметрами были температура, время выдержки и рабочая среда.Использовались2печи:вакуумнаяпечьВ53ТНфирмыB.M.I.ивысокотемпературная трубчатая печь – GSL-1700X фирмы MTI corp.2.6Металлографический,энергодисперсионный,рентгеноструктурный анализыПоверхности и поперечные сечения полученных валиков, слоев иобъемных образцов изучались методами оптической и электронноймикроскопии.Химическийсоставопределялсяэнергодисперсионнойрентгеновской спектроскопией, с помощью сканирующего электронногомикроскопа Tescan VEGA 3 LMH.

Анализ фазового состава проводился припомощи программного обеспечения PANalytical High Score Plus и базыданных ICCD PDF-2. Для оценки количественного содержания фаз висследуемых образцах использовался полуколичественный анализ, в основекоторого лежит учёт значений RIR (Reference Intensity Ratio), для фаз,содержащихся в образце. В русскоязычной литературе аналогом термина RIRявляется корундовое число фазы. Значения RIR указаны в карточках фаз базыданных PDF-2.52Поперечные шлифы подготавливались по стандартным методикам сиспользованием алмазной пасты и алмазных шлифовальных кругов намашине SAPHIR 550 (Германия).Определение пористости проводилось на оптическом микроскопеOlympus BX при помощи программного обеспечения Stream Start.Микроскоп, работающий в программе Stream Start, показан на рисунке 2.5.Принцип программы основывается на разделении снимков поперечныхсечений образцов на 2 цвета: серый – материал, черный – поры.Микроструктуры образцов выявлялись электролитическим травлением.Рисунок 2.5 – Оптический микроскоп с анализирующей программой2.7 Методика исследования износостойкостиИзносостойкость в условиях абразивного изнашивания исследовалась спомощьюустановкиCalowearAntonPaar(Щвейцария)посхеме,представленной на рисунке 2.6.

Контртело – шар из закаленной сталидиаметром 25,4 мм скользит по поверхности образца за счет вращения вала.В зону контакта шара и поверхности образца подается абразивная суспензия.53Использовались 2 вида суспензии на основе карбида кремния с размеромфракций 2-5 мкм и алмазная суспензия с размером кристаллов 9 мкм.Рисунок 2.6 – Схема испытаний на износостойкостьИспытания проводились при нормальной нагрузке FN = 0,22±0,04 Н,при постоянной скорости вращения вала. Каждый образец тестировался 3раза с разным временем испытания (111сек, 222 сек и 333 сек) дляопределения интенсивности изнашивания в зависимости от временивоздействия.

Дистанция скольжения S= 60 - 180 м, в зависимости отвремени воздействия. Вращение шара и наличие абразивного вещества ведетк образованию сферической выемки на тестируемом образце. Диаметрвыемкиd измерялся на оптическом микроскопе Olympus BX 51M. Расчетинтенсивности изнашивания K, мм3/(Н·м) проводился по формуле[62]:KИЗН =VИЗН /(S∙FN),(2.1)где VИЗН – объем изношенного материала (мм3) определяемый по формуле:VИЗН = π∙h2∙(3R-h),где h – глубина выемки (мм), которая определяется по формуле:(2.2)54h = R – √(R2 – d2/4),(2.3)где R – радиус шара (мм).2.8 Методика исследования микротвердости и трещиностойкостиДляопределениятвердостиитрещиностойкостиобразцовиспользовался микротвердомер Qness серии Q10А, показан на рисунке 2.7.Прибор имеет точное позиционирование и большое пространство дляпроведенияиспытаний:из анодированноговысокотехнологичнаяалюминияпредполагаетконструкциябольшоеи хорошоорганизованное пространство для проведения испытаний. Полностьюавтоматический X-Y стол с высокоточной оптической системой измерения(точность ±0.001 мм) может быть оборудован 8-позиционным держателемобразцов.Сканирование контура / Распознавание границ:Общаяиличастичная область контура выделяется с помощью оптической системыи помещается в программу.

После этого тестовые точки могут быть заданыпо количеству или дистанции относительно контура. Измерение твердостипроисходит автоматически. Данная модель позволяет проводить измеренияточек (участков), располагающихся близко к краю/ контуру. Техническиехарактеристики микротвердомера представлены в таблице 2.6.Таблица 2.6. Технические характеристики микротвердомераХарактеристикаЗначениеДиапазон тестовых нагрузок 50 гр - 10 кгТурель6-ти позиционная, моторизированнаяПрограммное обеспечениеQPix Control55Камера наблюдения образца даТестовый столик∅ 100 ммПеремещениеX 150/Y 150/Z 145Максимальныйвес 50 кгзаготовкиРисунок 2.7 - Микротвердомер QnessИзмерения проводились в поперечных сечениях одиночных валиков,одиночных слоев и объемных изделий, а так же на поверхностях образцов.Трещиностойкость определялась методом индентирования [63].

Привдавливании в материал четырехгранного алмазного наконечника поддействием значительной силы P, приложенной в течение заданного времени,в нем образуются трещины. На основании величины диагонали отпечатка а идлины трещин с, образующихся из его углов (рисунок 2.8), можно вычислитькоэффициент трещиностойкости K1C по формуле[64].56⁄⁄(2.4),где E – модуль Юнга (Гпа), H – твердость материала по Викерсу (Гпа), P– приложенное усилие (Н), с – длина трещины, измеренная из центраотпечатка (мкм), равная сумме ½ диагонали отпечатка и длинны трещины изугла отпечатка.Рисунок 2.8 – Схема отпечатка с образовавшимися трещинами послеиндентирования2.9 Методика исследований жаростойкостиЧисленные характеристики жаростойкости образцов определялись всоответствии со стандартами ГОСТ 6130-71. Для испытания использоваласькамернаямуфельнаяпечьCARBOLITECWF1200(Германия)смаксимальной температурой нагрева в 1400 °C, печь показана на рисунке 2.9(а).

Три промаркированных образца взвешивались на лабораторных весахPioneer™PA64CMOHAUS,показанына рисунке2.9(б).Такжевзвешивались керамические тигли, в которых испытывались образцы. Всепоказания заносились в журнал испытаний. Образцы в тиглях помешались вкамеру печи и испытывались в течение 100 часов при температуре 650°C,образцы показаны на рисунке 2.10. Для определения зависимости удельного57прироста массы образцов от времени, охлаждённые образцы взвешивались вовремя испытания.б)а)Рисунок 2.9 – Оборудование (а) муфельная печь, (б) лабораторные весыРисунок 2.10 – Образцы в камере печиПо результатам измерений и расчётов получены удельные увеличениямассы L образцов по формуле[65]:L=∆m/S,(2.5)58где ∆m – прибавленная масса (мг), S – площадь образца в испытании(см2).2.10 Методика измерения и контроля линейных размеровМетодики метрологических исследований известны достаточно давно,разработаны для различных групп изделий с помощью различныхинструментов.

Исследования с помощью координатно-измерительных машини профилографов-профилометров нашли применение в промышленности,активно используются в отечественном производстве. Следует отметитьособенностьизделийаддитивногопроизводства:повышеннаяшероховатость, бугристость, большие погрешности формы. Эти особенноститребуют контроля со стороны оператора-исследователя, т.к. даже приналичии трёхмерной модели изделия (фактически, номинальной формы иразмеров изделия) машинные измерения могут иметь значительныепогрешности (в особенности это касается погрешности при измеренияхщупом). Следует отметить, что нормативной документации на измеренияизделий аддитивного производства пока не существует, а отрывочныесведения представлены некомплексно и неполно.Определения линейно-угловых размеров проводилось с помощьюкоординатно-измерительноймашиныDEAGLOBAL05-05-05,произведенной фирмой Hexagon Metrology (Италия). Машина DEA GLOBALпредназначена для контроля линейно-угловых размеров, формы и взаимногоположенияизмеряемыхобъектов(рисунок2.11).Координатно-измерительная машина состоит из трёх частей: механическая часть, системаЧПУ (контроллер), вычислительная система с программным обеспечением.Механическая часть состоит из следующих частей:59•Неподвижная часть – основание, выполненное в виде плиты изгранита;•Подвижная часть – портал-каретка-пиноль, перемещающаяся потрём осям;•Измерительнаяголовка,расположеннаянаконцепиноли,поворачивающая вокруг оси с возможностью наклона.

Головка содержитэлектронный щуп, в данной работе использовался щуп касания. Диапазон иточность измерений представлены в таблице 2.7.Рисунок 2.11 – Координатно-измерительная машина Global 05-05-05Таблица 2.7.Технические характеристики установкиДиапазон измерениямм60Ось X:500Ось Y:500Ось Z:500Точность измерения:мкмщуп TP 200 Е, (L в мм)1,7+L/333 (мкм)щуп SP25 Е, (L в мм)1,5+L/333 (мкм)61ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 21.В качестве экспериментального материала для изготовленияизносостойких композиционных материалов были выбраныпорошкикарбида вольфрама и кобальта микронной и наноразмерной дисперсности.2.Разработанные методы экспериментальных исследований всочетании со стандартными методиками составляют экспериментальныйкомплекс, позволяющий осуществить исследования порошкового материала,разработкупроцессовизготовленияизносостойкихкомпозиционныхматериалов методом селективного лазерного плавления, исследованиеполученных композиций методом СЛП.62ГЛАВА3.РАЗРАБОТКАТЕОРЕТИЧЕСКИХОСНОВСЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ3.1Математическаямодельзонылазернойобработкикомпозиционного материалаМатематическая модель учитывает поглощение лазерного излученияматериалом, вызывающее его нагрев, распространение тепла в материале иего возможное испарение, приводящее к потерям тепла.

Слой порошкасчитается термически тонким. Лазерный пучок равномерно движется поповерхности полубесконечной непрозрачной мишени, как показано нарисунке 3.1 Уравнения записываются в трёхмерной декартовой системекоординат,движущейсявместеслазернымпучкомсоскоростьюсканирования u s  0 , противоположной положительному направлению оси X.Начало координат находится в точке пересечения оси пучка с поверхностью.63Рисунок 3.1 – Взаимодействие лазерного луча с мишенью в двух системахотсчетаПредполагается,чтопучокосесимметричный,арадиальноераспределение плотности потока энергии в нём задаётся распределениемГаусса [17]:q0 P0exp  r 2 / r02 ,2r0(3.1)где P0 – мощность падающего излучения, r0 – номинальный радиус пучка, аr2 = x2 + y2. Температурные зависимости теплофизических свойств неучитываются, так как интересна лишь область выше точки плавленияматериала, где эти зависимости либо неизвестны, либо измерены снедостаточной точностью для получения значимых отличий в расчётах.Поэтомуприменяетсяуравнениетеплопроводностиcпостояннымитеплопроводностью и теплоёмкостями твёрдой и жидкой фаз [66]HH   (T )  u s,tx(3.2)где  – температуропроводность, а  – оператор Лапласа.Граничными условиями для уравнения (3.2) служат окружающаятемпература Ta на бесконечности,T  Ta при x  , y  , z   ,(3.3)и энергетический баланс между поглощением лазерного излучения ипотерями на испарение qe на верхней поверхности мишени z = 0 [17],T q0  qe ,z(3.4)где  – теплопроводность мишени.

Характеристики

Список файлов диссертации