Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Исследование эрозионной стойкости графита МПГ-7

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрена эрозионная стойкость графитовых образцов с электроискровым покрытием. Для сравнения экспериментальных результатов в качестве упрочняющего покрытия выбраны титан, тантал, вольфрам, стеллит. Для эрозионного воздействия использована установка для получения высокоэнтальпийных потоков газа, представляющая собой комбинацию плазмотрона и аэродинамического устройства, с помощью которого формируется газовый поток.

Для цитирования:


Белозеров Л.С., Казин А.А. Исследование эрозионной стойкости графита МПГ-7. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018;(2):26-28.

For citation:


Belozerov L.S., Kazin A.A. Study of erosion resistance of graphite MPG-7. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2018;(2):26-28. (In Russ.)

Введение

Графит обладает большим количеством уни­кальных качеств, обусловливающих область его применения. Устойчивость к большим температурам позволяет использовать его в высокотемпературных средах. Графит также применяют в атомной энергетике, металлур­гии, машиностроении, ракетостроении, хи­мической промышленности и т. д.

Электроискровая обработка - это эффек­тивный метод для восстановления и упрочне­ния поверхности материалов. Данный процесс исследуется достаточно давно. Изучаются но­вые материалы, ранее не применявшиеся для упрочнения, экспериментально выявляются их прочностные, механические и физические свойства [1].

При электроискровом легировании (ЭИЛ) используется обратная полярность, т. е. изде­лие является катодом, а обрабатывающий элек­трод - анодом. Такой процесс включает в себя следующие этапы:

  • возбуждение электрического контакта между анодом и катодом;
  • эрозия электродов;
  • перенос и формирование упрочнительного покрытия на поверхность изделия;
  • разрыв контакта;
  • образование шероховатости получае­мой поверхности.

В процессе электроискровой обработки поверхностный слой обрабатываемого изделия проходит ряд структурных и базовых измене­ний, которые подробно рассмотрены в работах Б. Р. Лазаренко [1] и Л. С. Палатника [2]. По ре­зультатам металлографических исследований установлено, что упрочненная зона состоит из трех слоев. В процессе электроискровой обра­ботки на поверхности катода возникает белый слой, который обычно не поддается травлению химическими реактивами. Под белым слоем располагается переходный слой, представля­ющий собой зону термического влияния элек­трических импульсов и диффузионного про­никновения элементов анода и катода.

Главный недостаток электроискрового упрочнения заключается в том, что при увели­чении толщины нанесенного покрытия увели­чивается его шероховатость, что негативно отражается на его эксплуатационных свойствах. Для уменьшения шероховатости применяется гибридная электроискровая лазерная обработ­ка. После упрочнения поверхности изделия методом электроискровой обработки выполня­ется лазерная обработка, в ходе которой сгла­живается поверхность [3].

В рамках исследования графитовые об­разцы подвергались электроискровой обработ­ке. Была определена эрозионная стойкость этих образцов при температуре 1800 °С. Цель дан­ной работы - определение влияния эрозионной стойкости графита МПГ-7 с упрочненной по­верхностью электроискровым способом.

Методика исследований

В качестве экспериментальных образцов в работе применялись пластины размера­ми 2x20x20 мм, изготовленные из графита МПГ-7, его свойства приведены ниже.

На указанные графитовые образцы нано­силось покрытие электроискровым способом на установке Элитрон-52А. Режимы электро­искровой обработки приведены в таблице.

 

Режимы нанесения электроискрового покрытия

Режим электроискровой обработки

Емкость, мкФ

Рабочий ток, А

RC-1

480

10-15

После электроискрового легирования была выполнена лазерная обработка для по­лучения более гладкой и ровной поверхности, а также снижения шероховатости. Режимы лазерной обработки приведены ниже.

Полученные указанным выше способом образцы подвергались плазменному воздей­ствию на установке, представляющей собой комбинацию плазмотрона и аэродинамического устройства (показана на рисунке) для форми­рования газового потока заданных параметров. В плазмотроне для разогрева используется вы­сокочастотный дуговой газовый разряд, устой­чивый в широком диапазоне давлений и скоро­стей газового потока, а также высоковольтная слаботочная форма высокочастотного дугового разряда с малыми эрозией электродов и степе­нью загрязнения газового потока. Данный плаз­мотрон питается от лампового высокочастотно­го генератора с рабочей частотой 13,57 МГц и мощностью на выходе до 50 кВт.

 

Рисунок. Схема плазмотрона [3]:

1 - высокочастотный дуговой разряд; 2 - геометриче­ское сопло; 3 - разогретая газовая струя; 4 - испытуе­мый образец; 5 - оптический пирометр

 

Аэродинамическая часть построена на основе сменных геометрических сопел типа Лаваля, устанавливаемых в зависимости от требуемых параметров потока. Установка применяется для получения сравнительных харак­теристик огнеупорных материалов и теплоза­щитных покрытий, а также в технологических циклах проведения плазмохимических реак­ций [3]. Режимы плазмотрона приведены ниже.

В ходе эксперимента фиксировались сле­дующие характеристики:

  • увеличение температуры образца во времени;
  • скорость увеличения температуры;
  • время постоянной скорости подъема температуры VT, град/с;
  • момент времени наибольшей скорости подъема температуры VT max, град/с;
  • время перелома кривой t = f(T), где – f(T) функция зависимости времени от температуры;
  • средняя эрозия образца за время экс­перимента;
  • максимальная температура испытуемо­го образца Tmax, °С.

Экспериментальные результаты

Наименьшую постоянную скорость роста тем­пературы имел графитовый образец с титано­вым покрытием VT = 10 град/с. Максимальная температура Tmax = 980 °С зафиксирована на 13-й с опыта, следовательно VT max = 42 град/с.

Для контрольного графитового образца без покрытия наименьшая скорость роста тем­пературы зафиксирована на 11-й с при макси­мальной температуре Tmax = 1400 °С, при макси­мальной скорости подъема температуры VT max = = 90 град/с. Данные образцы были взвешены после обработки для выявления величины эро­зии. У образца с титановым покрытием резуль­таты вдвое лучше, чем у контрольного образца. У образцов с покрытием из тантала, вольфрама и стеллита результаты ниже, чем у титана.

Заключение

Показана перспективность электроискрового покрытия для повышения эрозионной стойко­сти графита. Установлено, что высокоэнергонасыщенная обработка графита с титановым покрытием значительно повышает эрозион­ную стойкость графита. Электроискровая об­работка увеличивает отражательную способ­ность поверхности за счет снижения скорости подъема температуры. Благодаря нанесенному электроискровому покрытию, увеличивающе­му температуру плавления, также уменьшается эрозия изделия. Электроискровая обработка не вызывает изменения механических и тепло­физических свойств графита, так как толщина покрытия составляет всего 50 мк.

Список литературы

1. Лазаренко Н.И. Технологический процесс изменения исходных свойств металлических поверхностей электрическими импульсами. М.: Электроискровая обработка металлов, 1957. 70 с.

2. Палатник Л.С. Фазовые превращения при электроискровой обработке металлов и опыт установления критерия наблюдаемых взаимодействий. М.: Электроискровая обработка металлов, 1935. 433 с.

3. Кокорин А.Ф. Стенд на основе высокочастотного дугового плазмотрона для исследования свойств теплозащитных материалов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Вып. 57. С. 138-141.


Об авторах

Л. С. Белозеров
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия


А. А. Казин
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия


Для цитирования:


Белозеров Л.С., Казин А.А. Исследование эрозионной стойкости графита МПГ-7. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018;(2):26-28.

For citation:


Belozerov L.S., Kazin A.A. Study of erosion resistance of graphite MPG-7. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2018;(2):26-28. (In Russ.)

Просмотров: 44


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)