Диффузионного сопротивления

СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ - фундамент, в к-ром осн. элементами, передающими нагрузки на грунт, являются сваи, объединённые обычно в единое целое ростверком. С.ф. выполняется в виде одиночных свай (под отд. опоры), ряда свай (под стеновые конструкции), куста свай (под колонны). Применение С.ф. наиболее рационально при стр-ве зданий и сооружений на водонасыщ. слабых грунтах. СВАРКА - процесс получения неразъёмного соединения твёрдых материалов (деталей машин, конструкций и т.п.) посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве и (или) пластич. деформировании. С. соединяют детали из металлов, керамич. материалов, пластмасс, стекла, биол. ткани и др. в однородных (напр., алюминий с алюминием) и разнородных (напр., стекло с металлом) сочетаниях. Существуют способы С., при к-рых материал в месте соединения расплавляется - сварка плавлением (дуговая, электрошлаковая, электроннолучевая, плазменная, световая, газовая и др.); нагревается и пластически деформируется - сварка с применением давления (контактная, высокочастотная, газопрессовая и др.); деформируется без нагрева - сварка давлением (холодная, взрывом и др.); способ диффузионного соединения деталей в вакууме. Различают также С. по виду используемого источника энергии -дуговую, газовую, электроннолучевую и др.; по способу защиты материала - под флюсом, в защитных газах, вакууме и др.; по степени механизации - ручную, полуавтоматич. и автоматическую.

Легкие композиционные материалы с алюминиевой матрицей, армированной борными волокнами, получают главным образом методом диффузионного соединения [82].

Процесс изготовления деталей путем диффузионного соединения методом ГИП разнородных составных частей также имеет хорошие перспективы. Ротор турбины, поперечное сечение которого показано в верхней части рис.20.4, состоит из литого кольца с рабочими лопатками из сплава с высоким сопротивлением ползучести, соединенного с диском из мелкозернистого высокопрочного сплава, изготовленного методами порошковой металлургии. Фотография в нижней части рис.20.4 показывает крупным планом место соединения этих двух сплавов. Такой способ первоначально применялся лишь для изготовления роторов небольших газовых турбин, однако изучалась и возможность его использования для изготовления очень больших турбинных лопаток, в которых лопасти сделаны из одного сплава, а комель лопатки и крепеж—из другого. Таким образом, следует ожидать, что такого рода технология найдет широкое применение при изготовлении деталей из суперсплавов самых разных размеров.

По этой причине применительно к аустенитным сталям заслуживают предпочтения те виды сварки и режимы, которые сводят к минимуму возможность развития необратимых процессов на границах аустенитных зерен в околошовной зоне свариваемого металла. Поэтому автор считает, что применительно к аустенитным сталям и сплавам в будущем следует ориентироваться не на сварку плавлением, а на различные способы диффузионного соединения, исключающие перегрев основного металла в околошовной зоне.

Ниже будут рассмотрены различные способы диффузионного соединения жаропрочных аустенитных сталей и сплавов. Необходимо подчеркнуть, что речь будет идти не только о способе сварки, известной под названием диффузионная сварка в вакууме [6], но и о других видах диффузионного соединения.

Рис. 153. Схема диффузионного соединения:

Как видим, достаточно надежных средств предотвращения диффузии углерода в разнородном сварном соединении пока что нет. Сказанное относится не только к сварке плавлением, но, естественно, еще в большей степени к способам диффузионного соединения. Между тем, как раз на основе этих способов сварки можно во многих случаях успешно решить задачу повышения надежности сварных соединений разнородных сталей. Речь идет об известной технике сварки с применением переходных элементов соответствующего сечения в виде труб, листа и т. д. (рис. 165). В каждом таком переходнике имеется соединение двух разнородных металлов, имеется, естественно, и структурная неоднородность — обезуглероживание одного металла и науглероживание другого, разупрочнение одного и охрупчивание другого. Но все дело в том, что протяженность зоны неоднородности во много раз больше, чем при непосредственном контакте двух деталей из разнородных сталей, следовательно, и напряжения, действующие на эти зоны, соответственно меньше. Значит меньше и опасность разрушения сварного соединения. Описанные в предыдущих параграфах способы прессовой сварки—пайки, как и автовакуумной сварки давлением, можно с успехом использовать для производства переходных элементов из разнородных сталей. Применительно к трубчатым переходникам задача решается более просто, чем при изготовлении листовых элементов. В последнем случае не обойтись без внешних давлений. Между тем, трубчатые переходники могут быть сварены с использованием внутренних усилий, возникающих вследствие различных коэффициентов термического расширения двух сталей [12], либо благодаря натягу. Для этого процесс изготовления переходника построен следующим образом. Внутренний диаметр наружной заготовки делают несколько меньше, чем наружный диаметр внутренней заготовки. Сперва нагревают в вакууме наружную заготовку, а затем, когда она

Композиция алюминий — бериллий рассмотрена Тоем [35]. Композицию изготовляли путем диффузионного соединения при горячем прессовании бериллиевой проволоки с алюминиевой фольгой. Были получены хорошие механические свойства (удельный модуль упругости и удельная прочность) при использовании проволоки с прочностью 1,25 ГН/м2 (125 кгс/мм2). Проводили оценку сопротивления усталости и жаропрочности, которые также зависели от характеристик упрочняющих волокон. Однако вследствие исключительно высокой стоимости тонкой бериллиевой проволоки, обеспечивающей высокую прочность, использование этой композиционной системы для важных конструкционных материалов ограничено.

Темлерлтурд диффузионного соединения,^

Рис. 19. Влияние температуры диффузионного соединения на свойства

Следует отметить, что из всех металлических композиционных материалов наиболее разработан материал на основе алюминиевой матрицы, армированной борными волокнами диаметром 100— 140 мкм. Этот материал получают обычно методом диффузионной сварки пакета из полуфабрикатов, представляющих собой моно-слойную ленту из борных волокон, связанных между собой матричным металлом, нанесенным методом плазменного напыления. Для облегчения процесса диффузионного соединения часто применяют легкоплавкие прокладки между монослойными лентами, что позволяет резко снизить температуру и давление при диффузионной сварке и, следовательно^ значительно увеличить размер

Из формулы (17.19) по аналогии с формулой для теплопередачи следует, что скорость W реакции определяется величиной двух последовательных «сопротивлений», которые должен преодолеть газообразный реагент на пути превращения из исходного состояния в конечное: диффузионного сопротивления 1/Р, определяемого интенсивностью массоотдачи между газом и поверхностью, и кинетического сопротивления \/k, зависящего от скорости собственно химического взаимодействия. Если реагент доставляется к поверхности раздела значительно легче, чем реагирует с нею, т. е. р»?, то его концентрации у поверхности и вдали от нее равны: с«с0 и Wfykc0. При этом скорость реакции определяется только кинетикой процесса (значением k) и практически не зависит от условий массоотдачи. Такой режим называется кинетическим. В этом режиме интенсивность сгорания можно увеличить за счет увеличения значения k, т. е. прежде всего за счет повышения температуры.

Выражение (2.13) часто в теории коррозии металла называется параболическим законом окисления, а величина k — параболической константой скорости реакции. Видно, что в условиях возникновения на поверхности металла плотного оксидного слоя скорость коррозии со временем убывает из-за непрерывного увеличения диффузионного сопротивления пленки.

Входящая в формулу (3.7) величина А характеризует коррозионную активность среды (газовой атмосферы, золовых отложений) в отношении корродирующего материала. При коррозии по • первому механизму коэффициент А в первом приближении при заданной температуре металла можно рассматривать как не зависящий от времени параметра Коррозия на чистой поверхности всегда начинается с кинетического режима окисления с максимальной скоростью, чему соответствует степень показателя окисления я=1. Поскольку в ходе , образования на поверхности металла оксидной пленки происходит непрерывное увеличение диффузионного сопротивления слоя, показатель степени окисления металла меняется от п=\ до возможно минимального значения по (при заданной температуре). Следовательно, при помощи формулы (3.7) можно описать в рассматриваемом случае высокотемпературную коррозию материала в первоначальной стадии, считая величину п функцией от времени. 94

где Ing0=ln&o — E(RT)~l-}-n0lm:o выражает уменьшение удельной массы металла в основной стадии коррозии, а член \nN= = — (1 — по) (е~ат — 1)(ат)~11пт учитывает непрерывное увеличение диффузионного сопротивления оксидной пленки в течение времени релаксации коррозии.

2. При периодическом удалении золовых отложений с поверхностей нагрева в циклах очистки с полным или частичным разрушением оксидной пленки на металле (причины разрушений оксидной пленки могут быть и другие). После каждого цикла очистки, в зависимости от степени разрушения оксидной пленки, коррозионный износ в большей или меньшей степени ускоряется Усиление коррозионно-эрозионного износа металла при этом определяется периодом между отдельными циклами очистки, их количеством, а также изменениями диффузионного сопротивления оксидного слоя в циклах очистки. Очевидно, чем меньше .период 188

образования стабильного оксидного слоя на поверхности металла на первоначальной стадии коррозии, сопротивляемость оксидной пленки силовому воздействию в циклах очистки, а также диффузионное сопротивление оксидной -пленки. Периодом между циклами очистки то определены количество действующих на металл силовых импульсов и, вследствие этого, частота циклического изменения диффузионного сопротивления оксидной пленки, а также коррозионная активность находящихся на металле золовых отложений.

Задача о теплообмене при конденсации пара из парогазовой смеси в полной постановке должна рассматриваться как сопряженная задача. Результирующий коэффициент теплоотдачи зависит по крайней мере от двух термических сопротивлений — диффузионного сопротивления и сопротивления конденсата. Эти два термических сопротивления взаимосвязаны, что в общем случае не позволяет заранее задать распределение плотности потока массы конденсирующегося пара по поверхности фазового перехода. Знание распределения этой величины необходимо для решения диффузионной части задачи.

Ввиду того что при капельной конденсации обычно термическое сопротивление конденсата мало, увеличивается влияние диффузионного сопротивления. При одной и той же концентрации неконденсирующихся газов и прочих равных условиях в случае капельной конденсации может иметь место более сильное уменьшение суммарной характеристики теплообмена, чем при пленочной.

При конденсации пара в последнем всегда возникает конвекция. Скорость парогазовой смеси может сказываться как на термическом сопротивлении конденсата, так и на диффузионном сопротивлении. Последнее сопротивление должно более существенно зависеть от скорости, причем в общем случае зависимость диффузионного сопротивления от скорости может быть различна для пленочной и капельной 172

Для определения диффузионного сопротивления необходимо знать температуру поверхности конденсата. Эта температура вычислялась по уравнению (6-6-11), где ТИ=ТП.П01>, поскольку величина Re*, подсчитанная по ГП.ПОЕ—Тс, была меньше 3,3-Ю"3.

Следует особо отметить, что на рис. 6-22 представлены данные, полученные в опытах как с капельной, так и пленочной конденсацией. Таким образом, в условиях описанных опытов диффузионное термическое сопротивление практически не зависит от характера конденсации. В результате оказывается возможным использование для расчета капельной конденсации некоторых результатов, полученных ранее для диффузионного сопротивления при пленочной конденсации. Конечно, этот вывод не следует экстраполировать на более высокие числа Рейнольдса.