Розрахунок режимів електронно-променевої обробки матеріалів

При ЕПО ефективну теплову потужність променя (Q_еф, Вт) визначають за формулою:

де ƞ_еф - ефективний ККД процесу нагріву (для електронно-променевої обробки зазвичай 0,7...0,9 залежно від оброблюваного матеріалу); U_прис - прискорююча напруга, В; І_пр - струм променя, А.

У запропонованій методиці за відомими розмірами ванни розплаву металу розраховують величину сили струму променя. Величину прискорюючої напруги вибирають, виходячи з наявного обладнання залежно від типу електронно-променевої гармати, зазвичай 20...30 кВ. В електронно-променевих установках прискорююча напруга стабілізована.

Швидкість руху променя задають, користуючись довідковими даними (10...30 м/год) залежно від типу матеріалу та його товщини:

V_пром > 0,008 м/с (30 м/год) - для алюмінієвих сплавів;

V_пром > 0,006 м/с (20 м/год) - для вуглецевих сплавів,

V_пром > 0,004 м/с (15 м/год) - для титанових та нікелевих сплавів.

Для випадків електронно-променевої обробки металів величину струму променя визначають за формулою:

(30)

де h_пл - тепломісткість розплавленого металу,

де Т_пл - температура плавлення металу, К; L_пл - прихована теплота плавлення, Дж/кг; Т_пр - температура перегріву металу (може бути прийнята близько 20 % від Т_пл ), К.

Теплові процеси в металі при електронно-променевій обробці металу

Усі види ЕПО можна розкласти в послідовності по кількості енергії, що вводиться в одиницю об'єму матеріалу:

• поверхнева термообробка Т_п < Т_пл;

• зварювання, переплавлення, легування Т_пл ≤ Т_п ≤ Т_вип;

• різка, свердлування, фрезерування, скрайбування, видалення металу Т_п > Т_вип;

де Т_п - температура поверхні металу;

Т_пл - температура плавлення металу;

Т_вип - температура випаровування металу.

Характер і ефективність того чи іншого виду обробки залежить від густини потужності випромінювання.

Точність теплових розрахунків значною мірою залежить від правильності вибору розрахункової системи.

Основними параметрами термічного циклу біля шовної зони є максимальна температура нагріву, близька до температури плавлення, швидкість нагріву в температурному інтервалі фазового перетворення, час перебування металу при температурі, вищій за температуру фазового перетворення й швидкість охолодження.

Найбільш просто параметри теплових полів при електронній обробці можна розв'язувати за відомими аналітичними рівняннями, які являють собою розв'язок диференціальних рівнянь у лінійній постановці при лінійних граничних умовах. Це значить, що коефіцієнти, які характеризують теплофізичні властивості, вважаються незалежними від температури.

Аналіз структурних змін навколо зварного шва зварюваних металів

Під час аналізу термообробки металів необхідно використовувати діаграми анізотермічного перетворення в зоні термічного впливу, а також дані з кінетики росту зерен під час термообробки КПЕ з літературних джерел. На основі цього оцінюють ймовірність утворення загартованого й напруженого стану та інших показників.

Нормалізація спричиняє повну фазову перекристалізацію в сталі і призначена для ліквідації структур із великими зернами.

Під час гартування внаслідок високої швидкості охолодження сталь набуває структури, відмінної від фазових, що відповідають діаграмі стану „залізо-цементитˮ (Додаток Д) та має підвищене значення вільної енергії і більші внутрішні напруги. Довготривалий нагрів доевтектоїдних сталей при температурах, що значно перевищують А_с3, або евтектоїдних - вище А_с1, призводить до виникнення великого зерна.

Розмір зерна не має істотного впливу на механічні властивості й твердість під час статичних навантажень, але з ростом зерна різко знижуються ударна в'язкість, робота поширення тріщин і поріг холодноламкості. Чим більше зерно, тим більше в сталі утворюється гартувальних тріщин і деформацій. Під час вибору режимів термообробки це потрібно враховувати. При визначенні структурних складових сталі за допомогою діаграми стану залізо-цементит найважливіше значення грають точки Чернова (критичні точки) (рисунок 2), Для визначення критичних точок необхідно провести ординату на діаграмі стану через точку, що вказує склад вуглецю в стані перенасичення, ордината з лінією Р8К відповідає критичній точці А₁ (температура поліморфного аустенітного перетворення в сталях, що вміщують більше 0,8 % вуглецю в умовах рівноваги, відповідає евтектоїдній і позначається А₁); при охолодженні вона позначається А_г1, а при нагріванні – А_с1. Таким чином позначаються і критичні точки А_з, а з лініями GS і ЕS - критичні точки А₃ і А_С1 для евтектоїдних і заевтектоїдних сталей відповідно.