ПУБЛІКАЦІЇ UKR

Перспективним напрямом розвитку термообробки є розробка нових і удосконалення вже відомих способів обробки із застосуванням висококонцентрованих джерел енергії. Одним з таких напрямів є застосування електролітної плазми. Нагрів металевих виробів в електроліті при пропусканні електричного струму відомий достатньо давно. Спочатку він застосовувався для нагріву різних металевих виробів під гарячу деформацію (кування, штампування) потім став застосовуватися для нагріву при термообробці в основному при локальній дії. Останнім часом достатньо інтенсивно ведуться дослідження по можливості застосування процесу електролітно-плазмового нагріву при обробці різних виробів. Таким перспективним напрямом є розробка застосування процесу електролітно-плазмового нагріву для обробки протяжних виробів правильної форми (дріт, стрічка). Дослідження в цьому напрямі ведуться і на кафедрі «Фізичне матеріалознавство».

Безпосередній напрям дослідження – це розробка способів термообробки катанки і дроту при застосуванні процесу електролітно-плазмового нагріву. Метою роботи є визначення температурно-временних параметрів нагріву в електролітній плазмі, чинників впливаючих на інтенсивність процесу і можливості їх регулювання для управління процесом.

Для проведення дослідів була сконструйована і виготовлена лабораторна експериментальна установка для електролітно-плазмової термообробки дроту, який для усунення деяких недоліків конструкції був вдосконалений. Схема технологічного блоку вдосконаленої установки приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема технологічного блоку

Конструкція установки заснована на кінцевому способі нагріву в електроліті, проте при застосуванні екранування можна реалізовувати і інші способи нагріву. Конструкція установки дозволяє переміщати і жорстко фіксувати обидва електроди в потрібному положенні. Також оброблюваний електрод можна швидко як витягнути, так і занурити у ванну, що дозволяє реалізовувати східчасті і циклічні режими.

Первинною задачею є зняття вольтамперної характеристики. Дослідження проводилося на циліндричних зразках діаметрами 2,0, 4,0 і 6,5 мм, методом кінцевого нагріву. В якості електролітів використовувалися 5, 10 і 15 % водні розчини Na₂CO₃.

В результаті дослідження низьковольтної області (до появи газових розрядів), отримана вольтамперна залежність була перерахована і побудовані графіки для питомої потужності. На рис. 2 представлені графіки для різних діаметрів для 10% розчину Na₂CO₃.

а)- зразок діаметром 2 мм, би)- зразок діаметром 4 мм, в)- зразок діаметром 6,5 мм

Рисунок 2 – Залежність питомої потужності від напруги на першій стадії

При проведенні дослідів було помічено, що для зразків діаметром 2 мм через парогазову оболонку розряд починав проходити починаючи з 35 В, чому відповідає 330-430 Вт/см², для зразків діаметром 4 мм – починаючи з 45 В, що відповідає 330-410 Вт/см², для зразків діаметром 6,5 мм – починаючи з 55 В, що відповідає 350-410 Вт/см². Таким чином, питома потужність, при якій починає виникати розряд знаходиться в межах 330-430 Вт/см². Для розчинів 5 і 15 % Na₂CO₃ питома потужність, при якій починає виникати розряд відрізняється не значно і знаходиться в межах 350-450 Вт/см². З подальшим підвищенням напруги питома потужність продовжує рости.

Наступним етапом в дослідженні низьковольтної області було визначення температурно-тимчасових параметрів. Для цього в зразок діаметром 4 мм була закарбована термопара ТХА з діаметром спаю 0,5 мм Спай термопари знаходився усередині зразка на відстані 0,5 мм від поверхні зразка для зменшення градієнта температур. Цей зразок був використаний при дослідженні низьковольтної області для всіх трьох розчинів. В результаті проведеного експерименту встановлено, що до появи газових розрядів зразок розігрівається лише до температури ~100 ^OС, що відповідає температурі кипіння електроліту.

Також при спостереженні за процесом було помічено, що з появою газових розрядів рідина навкруги зразка починає вирувати, що приводить до зміни рівня рідини. І з подальшим підвищенням напруги, а відповідно і інтенсивності розрядів вирування зростає, що приводить до неможливості ведення точних вимірювань при застосуванні методу кінцевого нагріву для зразків таких розмірів, оскільки сильно зростають коливання струму.

Таким чином, в результаті дослідження низьковольтної області процесу електролітно-плазмового нагріву встановлено, що:

питома потужність виникнення газового розряду складає 350-450 Вт/см²;
до появи газових розрядів зразок розігрівається до температури ~100 ^OС, що відповідає температурі кипіння електроліту.

В результаті встановлено, що можливими варіантами застосування низьковольтної області електролітно-плазмового нагріву при обробці протяжних виробів з чорних і кольорових сплавів є: старіння, зняття внутрішніх напруг, стабілізація розмірів і властивостей, і інших режимів передбачаючих нагрів до 100 ^OС.