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
Скачать 35.72 Kb.
|
Исходные данные для задания:
Решение: Сталь 20Х2Н4
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 – упругость насыщенного пара, Па; – энергия испарения, Дж/моль; 19,15T=2,3RT=2,3 8,31 T, Дж/моль К; Д – коэффициент Т – температура, К. Для существования пузырька нужно, чтобы упругость насыщенного пара в нём была не менее суммы давлений: где Piнас – упругость насыщенного пара; – давление газа; – давление шлака; – металлостатическое давление; – поверхностное натяжение; – радиус поры. Процесс кипения возможен, если выполняется данное неравенство. Давление насыщенного пара определяется температурой. Ввиду того, что у нас электронно-лучевая сварка, то = ; =0 (сварка электронным лучом не требует наличия флюса или другого шлака в качестве защитной среды); =0, так как наши свариваемые детали имеет толщину =2 мм; а и можно пренебречь из-за слишком маленьких размеров данных параметров. Итого имеем
Значит, можем рассчитать температуру кипения , Д = 10,847 для Fe; = 1431 K Tкип = 1431 К 2) Расчет при Pс = 1 Па = 1695 K Tкип = 1695 К 3) Расчет при Pс = 105 Па = 3144 K Tкип = 3144 К
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: = 0.27, A=28.085; Mn: = 0.45, A= 54.938; Cr: = 1.45, A=51.996; Cu: = 0.3, A=63.546; Ni: = 3.45, A=58.693; Fe: = 94, A=55.845; 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.
Si: , Д = 12.681, Т=1811 К: Mn: , Д = 9.98, Т=1811 К ; Cr: , Д = 11.309, Т=1811 К: Сu: , Д = 10.587, Т=1811 К: Ni: , Д = 11.174, Т=1811 К: Fe: , Д = 10.847, Т=1811 К:
Si: , Д = 12.681, Т=2354 К: Mn: , Д = 9.98, Т=2354 К: ; Cr: , Д = 11.309, Т=2354 К: Сu: , Д = 10.587, Т=2354 К: Ni: , Д = 11.174, Т=2354 К: Fe: , Д = 10.847, Т=2354 К:
Si: , Д = 12.681, Т=3135 К: Mn: , Д = 9.98, Т=3135 К: ; Cr: , Д = 11.309, Т=3135К: Сu: , Д = 10.587, Т=3135 К: Ni: , Д = 11.174, Т=3135 К: Fe: , Д = 10.847, Т=3135 К: 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 пара компонента i над раствором (парциальное давление); – упругость насыщенного пара чистого компонента; – мольная доля компонента i. Давление, которое оказывает компонент газовой смеси, называется парциальным, Pi Si: = 0.0003 Па; Mn: 0.0045 = 19.4625 Па; Cr: Cu: Ni: Fe: Расчет мольной доли в паре каждого компонента => Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов: – закон Дальтона = 1.474*10-5 ; = 0.956; = 0.023; = 0.011 4.176*10-3; = 5.601*10-3 Расчет летучести компонентов сплава f: = = 2.748*10-3 = = 209.19 = = 1.438 = = 4.176 = = 0.127 = = 5.965*10-3 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 = 0,778 ; = 5553 ; 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 - объёмная теплоёмкость = = 0.618 см; Выбор коэффициента K’2 в соответствие с механическими свойствами обрабатываемых материалов: Для определения используем таблицу только при σт=180 МПа,
К2 = 0.21 Для 35ХГ2 =1080 Мпа = 0.035 Расчет размерного параметра b2: , где В-полуширина пластины. Определение ширины зоны пластических деформаций bпл Определение площади зоны пластических деформаций = 4.484см2; Расчет значений реактивных напряжений , где σт – предел текучести; F – площадь поперечного сечения пластины; Fпл – площадь зоны пластической деформации. Определение деформаций и расчет укорочения пластины : – модуль упругости для 35ХГ2 Пластина укоротилась на 0.212 мм |