Распределение температурных зон при электролитно-плазменном нагреве титановых сплавов

Электролитно-плазменная обработка (ЭПО) является перспективным методом повышения эксплуатационных характеристик металлических материалов. Разновидностью ЭПО является анодное электролитно-плазменное упрочнение. Данная технология позволяет насыщать поверхность обрабатываемых деталей атомами легких неметаллических элементов, входящих в состав используемого электролита. Ограничения к широкому применению электролитно-плазменного упрочнения в промышленности связаны с рядом особенностей процесса, выраженных в неравномерности нагрева обрабатываемых деталей, а также с необходимостью их медленного погружения в электролит для избежания срыва процесса нагрева. В работе представлены результаты исследования влияния рабочего напряжения на максимальную температуру нагрева и распределение температурных зон в процессе электролитно-плазменного нагрева образцов цилиндрической формы из титанового сплава ВТ6. Установлено, что электролитно-плазменная обработка в растворе хлорида аммония при величине рабочего напряжения от 200 до 260 В обеспечивает нагрев образцов до температуры 1200 °С. Наибольшая температура нагрева наблюдается при напряжении 260 В, а наименьшая – при 200 В. При этом для образцов, подвергающихся обработке, характерно наличие градиента температур по высоте (максимальный нагрев наблюдается в наиболее погруженной части образца). В процессе ЭПО выделяются до шести ярко выраженных температурных зон, однако одновременно существует не более пяти таких зон. Уменьшение длины и диаметра образцов приводит к их более равномерному нагреву. При этом происходит увеличение размеров наиболее высокотемпературных зон за счет уменьшения или исчезновения наименее низкотемпературных зон. При увеличении длины образцов наблюдается обратная закономерность.

1. Belkin, P. N. Plasma Electrolytic Saturation of Titanium and Its Alloys with Light Elements / P. N. Belkin, A. M. Bo-risov, S. A. Kusmanov // Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2016. Vol. 10, Nо 3. P. 516–535. https://doi.org/10.1134/s1027451016030058.

2. Розенберг, С. Э. Дефекты структуры диффузионно-упрочненных изделий / С. Э. Розенберг, А. А. Сусин. Минск: Беларус. навука, 1997. 223 с.

3. Торянников, А. Ю. Сравнительный анализ высокоэнергетических методов поверхностного упрочнения стали / А. Ю. Торянников, А. А. Барышников // Молодой ученый. 2021. № 19 (361). С. 45–49.

4. Plasma Electrolysis for Surface Engineering / A. L. Yerokhin [et al.] // Surface and Coating Technologies. 1999. Vol. 122, Nо 2–3. P. 73–93. https://doi.org/10.1016/s0257-8972(99)00441-7.

5. Гончар, В. И. Образование паровой оболочки при прохождении тока через электролит / В. И. Гончар, А. К. Товарков // Электронная обработка материалов. 1991. № 1. С. 49–52.

6. Ширяева, С. О. О некоторых особенностях появления ионов вблизи заряженной поверхности интенсивно испаряющегося электролита / С. О. Ширяева, А. И. Григорьев, В. В. Морозов // Журнал технической физики. 2003. Т. 73. Вып. 7. С. 21–27.

7. Куликов, И. С. Электролитно-плазменная обработка материалов / И. С. Куликов, С. В. Ващенко, А. Я. Каменев. Минск: Беларус. навука, 2010. 232 с.

8. Electrolytic plasma polishing of NiTi alloy / A. Korolyov [et al.] // Mathematical models in engineering. 2021. Vol. 7, iss. 4. P. 70–80. https://doi.org/10.21595/mme.2021.22351.

9. Plasma Electrolyte Polishing of Titanium and Niobium Alloys in Low Concentrated Salt Solution Based Electrolyte / Y. Aliakseyeu [et al.] // Mechanics. 2021. Vol. 27, Nо 1. P. 88–93. http:/doi.org/10.5755/j02.mech.25044.

10. Электролитно-плазменная обработка в управляемых импульсных режимах / А. Ю. Королев [и др.] // Наука и техника. 2021. Т. 20, № 4. С. 279–286. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-4-279-286.

11. Особенности электролитно-плазменного нагрева при электрохимико-термической обработке стали / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2013. № 6. С. 20–23.

12. Belkin, P. N. Mechanism and Technological Opportunity of Plasma Electrolytic Polishing of Metals and Alloys / P. N. Belkin, S. A. Kusmanov, E. V. Parfenov // Applied Surface Science Advances. 2020, Vol. 1. Art. 100016. https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2020.100016.

13. Белкин, П. Н. Анодная электрохимико-термическая модификация металлов и сплавов / П. Н. Белкин // Электронная обработка материалов. 2010. № 6. С. 29–41.

14. Цветное литье: cправ. / под общ. ред. Н. М. Галдина. М.: Машиностроение, 1989. 528 с.

15. Белкин, П. Н. Особенности распределения тепловых потоков в системе анод – парогазовая оболочка при анодном электролитном нагреве / П. Н. Белкин, Т. Л. Мухачева, И. Г. Дьяков // ИФЖ. 2008. Т. 71, № 6. C. 1027–1033.

16. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов: в 2 т. / И. В. Суминов [и др.]; под общ. ред. И. В. Суминова. М.: Техносфера, 2011. Т. I. 464 с.