Математичне моделювання процесів спікання металоскляних матеріалів на основі заліза
Т. Г. Джаббаров, О. А. Дишін, М. Б. Бабанли, І. І. Аббасов
Кафедра машинобудування та матеріалознавства, Азербайджанський державний університет нафти і промисловості, просп. Азадлиг, 16/21, 1010 Баку, Азербайджан
Отриманo 05.05.2019; остаточний варіант — 08.10.2019 Завантажити: PDF
На основі дослідження механізмів дифузійної коалесценції та коаґуляції оглядаються математичні методи опису та побудови моделів процесу спікання металокерамічних матеріалів. Ці моделі представлено системою нелінійних диференційних рівнянь, що включають коефіцієнти об’ємної, зерномежової та поверхневої дифузії, а також відповідають послідовності стадійних рівнів температури, зростаючих із певною швидкістю та що мають різні тривалості. Реґулюючи рівні, швидкості та тривалості температурних режимів, технічні параметри шихти, можна контролювати процес спікання в режимі онлайн. Опис кінетики рідкофазового спікання під тиском проведено на основі реологічної теорії спікання з використанням механізму дифузійно-в’язкої течії, відповідно до якого відбувається танґенційне проковзування вздовж меж зерен і зменшення об’єму пор через виштовхування вакансій на поверхню. Після утворення рідкої фази при спіканні порошкового тіла (в загальному випадку) спочатку виявляється зростання зерен, а потім — усадка одержуваного стопу. Процес спікання порошків заліза, чавуну і ситалу розглянуто як взаємну дифузію двох (квази)бінарних стопів: чавуну (залізо + вуглець) і фаяліту (залізо + ситал). Розрахунок коефіцієнта взаємної дифузії результуючого стопу проведено за Даркеновою формулою. Спікання багатокомпонентних систем характеризується рядом особливостей, які полягають у тому, що спікання різнорідних матеріалів (з різними температурами топлення) є складним евтектичним процесом, в якому, поряд із самодифузією, яка зумовлює перенесення маси в область контакту частинок, відбувається взаємна дифузія, що забезпечує гомогенізацію складу шляхом вирівнювання концентрацій різнойменних атомів у межах зразка. В умовах обмеженої розчинности або повної нерозчинности компонентів спікання системи ускладнюється ізолюванням однорідних частинок від взаємного контакту, перешкоджаючи перебігу самодифузії та тим самим погіршуючи умови спікання. Для чисельного розв’язування задачі використано методу Рунґе–Кутти четвертого порядку точности зі змінним кроком інтеґрування. Розроблено програмний комплекс розв’язання задачі, а результати розрахунку наведено на прикладі стопу порошкової суміші заліза, чавуну та ситалізованого скла.
Ключові слова: металокерамічні та металоскляні матеріали, твердофазове та рідкофазове спікання, само- та взаємна дифузія, реологія спікання.
Citation: T. G. Jabbarov, O. A. Dyshin, M. B. Babanli, and I. I. Abbasov, Mathematical Modelling of the Sintering Process of Iron-Based Metal-Glass Materials, Prog. Phys. Met., 20, No. 4: 584–619 (2019); doi: 10.15407/ufm.20.04.584