Физико-химические и металлургические процессы при обработке материалов КПЭ”. Исходные данные для задания. Решение Сталь 20Х2Н4 Si 0,27 содержание кремния Mn 0,45 содержание марганца
![]()
|
Исходные данные для задания:
Решение: Сталь 20Х2Н4 Si = 0,27 % - содержание кремния Mn = 0,45 % - содержание марганца Cr = 1,45 % - содержание хрома Cu = 0,3% - содержание меди Ni = 3,45 % - содержание никеля Fe = 94 % - содержание железа Расчет температуры кипения сплава Tкип при давлении среды Pс = 0,01 Па, Pс = 1 Па и Pс = 105 Па; Данную температуру можно получить из уравнения Клайперона – Клазиуса: ![]() где ![]() ![]() 19,15T=2,3RT=2,3 ![]() ![]() ![]() Т – температура, К. Для существования пузырька нужно, чтобы упругость насыщенного пара в нём была не менее суммы давлений: ![]() где Piнас – упругость насыщенного пара; ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Процесс кипения возможен, если выполняется данное неравенство. Давление насыщенного пара определяется температурой. Ввиду того, что у нас электронно-лучевая сварка, то ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Итого имеем Расчет при Pс = 0,01 Па ![]() ![]() Значит, можем рассчитать температуру кипения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Tкип = 1431 К 2) Расчет при Pс = 1 Па ![]() Tкип = 1695 К 3) Расчет при Pс = 105 Па ![]() Tкип = 3144 К Расчет энтальпии Нi сплава во всем интервале температур существования сплава в жидком состоянии. Расчет приведен для железа, хрома и никеля, поскольку остальные элементы практически не вносят вклад в теплоемкость ввиду их низкого содержания в сплаве. ![]() f – индекс, указывающий на образование вещества. Для чистых элементов при температуре 298 К ![]() Теплоемкость при постоянном давлении обычно представляют в виде степенного ряда ![]() Используем табличные данные для теплоемкости и приращения энтальпии при фазовых превращениях из справочников ![]() ![]() Рассчитать при заданной температуре энтальпию образования 35ХГ2 ![]() Расчет состав сплава в мольных долях ![]() Где, ni – количество моль данного компонента, Ai – атомный вес, где gi – массовая доля i-го компонента. Распишем атомные весы и массовые доли для каждых составляющих элементов стали: Si: ![]() Mn: ![]() Cr: ![]() Cu: ![]() Ni: ![]() Fe: ![]() Значения атомных весов каждого из элементов взяты из таблицы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проведём расчёт упругости насыщенного пара каждого компонента по уравнению Клайперона-Клазиуса при температуре плавления Tпл , 1.3 Tпл , Tкип Оно применительно к равновесию системы «конденсат – пар» для области небольших давлений, далеких от критических. При некоторых допущениях и с учетом аппроксимации опытных данных получено уравнение для определения равновесного давления пара над чистым элементом при различной температуре. Расчеты при Tпл ![]() Si: ![]() ![]() ![]() Mn: ![]() ![]() ![]() Cr: ![]() ![]() ![]() Сu: ![]() ![]() ![]() Ni: ![]() ![]() ![]() Fe: ![]() ![]() ![]() Расчеты при 1.3 ![]() ![]() Si: ![]() ![]() ![]() Mn: ![]() ![]() ![]() Cr: ![]() ![]() ![]() Сu: ![]() ![]() ![]() ![]() Ni: ![]() ![]() ![]() Fe: ![]() ![]() ![]() Расчеты при Ткип ![]() Si: ![]() ![]() ![]() Mn: ![]() ![]() ![]() Cr: ![]() ![]() ![]() Сu: ![]() ![]() ![]() Ni: ![]() ![]() ![]() Fe: ![]() ![]() ![]() Расчёт давления пара каждого компонента над раствором по уравнению Рауля: Расчет давления паров над жидкостью можно произвести по закону Рауля: давление пара любого компонента идеального раствора (растворителя сильноразбавленного раствора) в условиях равновесия равно произведению давления насыщенного пара этого компонента на его мольную долю в концентрате: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Давление, которое оказывает компонент газовой смеси, называется парциальным, Pi Si: ![]() ![]() Mn: ![]() Cr: ![]() Cu: ![]() Ni: ![]() Fe: ![]() Расчет мольной доли в паре каждого компонента ![]() ![]() Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет летучести компонентов сплава f: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет плотности энергии q0: ![]() где q0 – плотность энергии, Дж/см2; q – эффективная тепловая мощность, Вт; υ – скорость сварки, см/с; δ – толщина пластины, см; I – ток сварки, А; U – ускоряющее напряжение, В; η – эффективный КПД при ЭЛС. V = 36 ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет размеров зоны термического влияния b1 при заданных параметрах источника теплоты: b1 – часть ширины, зависящая от теплофизических свойств материала, плотности энергии источника теплоты, скорости источника теплоты, толщины пластины. ![]() ![]() cρ = 3.622 ![]() ![]() ![]() Выбор коэффициента K’2 в соответствие с механическими свойствами обрабатываемых материалов: ![]() Для определения ![]()
К2 = 0.21 Для 35ХГ2 ![]() ![]() Расчет размерного параметра b2: ![]() В-полуширина пластины. ![]() Определение ширины зоны пластических деформаций bпл ![]() ![]() Определение площади зоны пластических деформаций ![]() ![]() ![]() Расчет значений реактивных напряжений ![]() ![]() ![]() где σт – предел текучести; F – площадь поперечного сечения пластины; Fпл – площадь зоны пластической деформации. ![]() Определение деформаций ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Пластина укоротилась на 0.212 мм ![]() |