CC BY
31
о, Мпа
Рис. 3. Взаимосвязь прочности и проводимости сплавов и композиционных материалов на основе меди
Таким образом, варьируя технологические условия получения и режимы последующей термической обработки, можно в широких пределах изменять прочностные и проводящие свойства вакуумных псевдосплавов Си-Та, которые по своему сочетанию превосходят существующие сплавы и композиционные материалы на основе меди.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубков А.И., Охотская А.В. Диспергирование зеренной структуры фольг нанокомпозитов на основе меди // Актуальные проблемы прочности: материалы 47 Междунар. конф. Н. Новгород, 2008. Ч. 2. С. 27-29.
2. Зубков А.И., Ильинский А.И., Зозуля Э.В., Зеленская Г.И., Бублик Е.С. О зависимости типа Холла-Петча в нанокомпозитах на основе меди // Актуальные проблемы прочности: материалы 47 Междунар. конф. Н. Новгород, 2008. Ч. 2. С. 25-26.
3. Зубков А.И., Ильинский А.И., Субботин А.В. О старении субмик-рокристаллических сплавов меди с тугоплавкими металлами // Актуальные проблемы нанокристаллических материалов: наука и технология: тез. докл. 9 Междунар. семинара ДСМСМС-2002. Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2002. С. 50.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Zubkov A.I., Lutsenko E.V., Zelenskaya G.I. DURABILITY AND CONDUCTIVITY OF VACUUM Cu-Ta PSEUDOALLOYS
Durability and conductivity of vacuum pseudo-alloys of CuTa received in different technological conditions and after heat treatment are investigated. It is shown that vacuum pseudoalloys of Cu-Ta out-perform existing alloys and composite materials in a combination of durability and conductivity on the basis of copper.
Key words: copper vacuum condensates; durability; conductivity; pseudo-alloys.
УДК 539.3
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РЕАНИМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДЕФЕКТНЫХ ПРОВОДНИКАХ
© А.В. Лановая, В.М. Иванов, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова
Ключевые слова: структурные дефекты; концентрация энергии; механизм залечивания; электромагнитное поле. Получены результаты залечивания дефектов с целью восстановления сплошности металлов. Установлено, что наложение на активируемую током зону внешнего магнитного поля приводит к залечиванию краевых трещин.
Работа сильноточного оборудования в машиностроении, также как и эксплуатация элементов и систем радиоэлектроники и микропроцессорной техники, зависят от состояния электро-магнитопроводов, которые в большинстве случаев изготавливают из металлов. Независимо от способов изготовления проводников в них накапливаются микро- и макродефекты различной геометрии. Восстановление сплошности металлов или их реанимация путем залечивания трещин остается актуальной задачей.
Рассмотрим математическую модель механизма залечивания. Задача решается наложением на расплавленную током зону внешнего магнитного поля, превышающего по напряженности поле тока. Процесс залечивания возможен до тех пор, пока существуют расплав в устье трещины и внешнее магнитное поле. Цилиндрический объем Ут расплавленного металла определяется толщиной пластины и поверхностью выплавления при образовании сквозного отверстия радиусом Я и равен объему залеченного участка Уз трещины [1].
При раскрытии трещины Д, толщине пластины Н, длине залечивания 1 з и длине трещины 1:
F = nR 2h =
2, nj 4а3і3
а2х2 L2
(1)
Сформированный объем жидкого металла должен быть равен объему залечившегося участка трещины:
V3 =АЄ 3h .
(2)
Из равенства (1) и (2) находим длину залеченной трещины:
h
1772
где Ь - энтальпия; а - проводимость; х - коэффициент температуропроводности; а - радиус привершине трещины; (Нв - Н0) - разница в напряженностях внешнего магнитного поля и магнитного поля тока в вершине дефекта, которая способствует продвижению расплавленной зоны в полость трещины. Чтобы определиться с этой разницей, необходимо рассмотреть предельный случай движения жидкого металла в полости трещины, при котором скорость затекания V ограничивается турбулентностью. Так как полость трещины представляет собой незамкнутый по сечению канал, жидкий металл может выплескиваться из-за появления поперечной составляющей скорости потока. Поэтому необходим ламинарный режим движения расплава, который определяется следующим равенством:
Сравнивая условие (4) с выражением (6), получим:
Re
V < ------П ,
р • r
(4)
Ре - магнитогидродинамический критерий Рейнольдса; р - плотность жидкого металла; п - коэффициент динамической вязкости жидкого металла; г - гидравлический радиус, равный отношению площади поперечного сечения канала к ее смоченному периметру. В реальных трещинах Д < к, поэтому г = 0,5Д.
Для плоскопараллельного течения жидкого металла в магнитном поле и переходе из ламинарного в турбулентный режим потока Ре = 770 [2].
В связи с тем, что длина залечивания зависит от времени формирования жидкой фазы, а время связано с термической диффузией вокруг вершины трещины, т. е. т = %2/а, получим:
' 31 2
1 з (т) = jT (HB - Ho)WT.
Act 2 L
(5)
Дифференцируя выражение (5) по времени, получим скорость залечивания:
4,7 j312
Т-2^2(Hb -Ho) Act2xL2
(Hb -Ho) = 0,4
Re пАст2 L2x
j 312P
(7)
Например, для трещины длиной 1 = 0,5-10-1 м в медной пластине и предельной плотности тока у = = 4-108 А/м2 при следующих физических константах: Ре = 770; п = 5,4• 10-3 —2с; а = 0,6107 См/м; Ь =
м
= 1010 Дж/м3; х = 7Т0-5 м2/с и р = 8,2^ 103 кг/м3, получим: (НВ - Н0) = 20 А/м, т. е. напряженность внешнего магнитного поля чуть превышает магнитное поле в вершине трещины. Последнее определяется произведением плотности тока на длину трещины 1, поэтому генерация внешнего поля не представляет технических трудностей. При этом скорость залечивания равна 6-10-2 м/с.
Такая скорость движения расплава между берегами трещины практически не влияет на заполнение им формы канала узкого сечения, каким является полость трещины, способствует равномерной кристаллизации залеченного участка и формированию однородной структуры металла в залечившейся области.
ЛИТЕРАТУРА
1. Финкель В.М., Иванов В.М., Головин Ю.И. Залечивание трещин в металлах скрещенными электрическим и магнитным полями // Проблемы прочности. 1983. № 4. С. 53-60.
2. Кирко И.М. Жидкий металл в электромагнитном поле. М.: Энергия, 1964. 158 с.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Lanovaya A.V., Ivanov V.M., Feodorov V.A., Pluzhniko-va T.N. MATHEMATICAL MODEL OF REANIMATION PROCESSES IN DEFECT CONDUCTORS
The results of defect healing in order to recover the metal continuity are received. It is stated that imposition on activated current area of the external magnetic field leads to healing of (6) edge cracks.
Key words: structure defects; energy concentration; healing mechanism; electromagnetic fields.
V =
1773
