Применение метода седиментации для распределения частиц порошка карбида титана по размерам Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.182

Рис.2. Электропечь сопротивления: 1. Корпус; 2. Водоохлаждаемый кожух; 3. Нижняя крышка; 4. Верхняя крышка; 5. Защитный экран; 6. Нагреватель; 7. Контейнер для спекания; 8. Защитная среда 85% А1203 + 15% С; 9. Прессовка; 10. Подставка

Рис. 3. Образец после испытания

Выводы

1.Теоретически и экспериментально показано, что традиционными методами карбидочугун выплавить невозможно.

2. Для выплавления карбидочугуна требуются специальные методы плавки.

Список литературы

1. Шишкина C.B., Чудинова Е.А., Суханов П.А. Взаимодействие карбида

титана с железо-углеродистым расплавом.// Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского Государственного Университета. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. -Вып. XIII-С. 31-32.

2. Арзамасов Б.Н., Некрасов B.C., Пименов Л.А. Термодинамическое и

экспериментальное обоснование химизма диффузионного хромирования в порошковых средах с использованием йодистого аммония// Известия вузов: машиностроение, 1974. -№3. - С. 127-131.

3. Kubaschewski О., Heymer G. The termodinamiks of the chronium- iron

system//Acta motel.1960. - v.8. - №7. - P. 416-423.

Ю.Г. Гуревич, C.B. Шишкина, В.Е. Овсянников, ЕЛ. Чудинова

Курганский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СЕДИМЕНТАЦИИ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПОРОШКА КАРБИДА ТИТАНА ПО РАЗМЕРАМ

Аннотация

Разработана методика построения кривой распределения частиц карбидотитана по размерам на основе металлографического и седиментационного анализа.

Ключевые слова: порошок, карбид титана, распределение по размерам, металлографический анализ, се-диментационный анализ.

Y.G. Gurevich, S.V. Shishkina, V. Е. Ovsiannikov, ЕЛ. Chudinova Kurgan State University

APPLICATION OF THE SEDIMENTATION METHOD FOR DISTRIBUTION OF TITANIUM CARBIDE POWDER PARTICLES ACCORDING THEIR SIZES

Annotation

The technique of creation of the titanium carbide particles distribution curve according their sizes on the basis of the metallographic and sedimentation analysis is developed.

Key words: powder, titanium carbide, distribution according their sizes, metallographic analysis, sedimentation analysis.

Введение

Карбидочугун состава карбид титана - белый чугун является износостойким композиционным материалом, абразивный износ которого соизмерим с износом твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Известные способы получения карбидочугунов методами порошковой металлургии спеканием компонентов или пропиткой жидким чугуном карбидного каркаса не позволяют получить его без пористости [1]. Пористость твердого сплава мешает его применению в качестве инструментального материала. Поэтому получение беспористого карбидочугуна является актуальным для применения сравнительно дешевого инструментального материала.

Беспористый карбидочугун может быть получен методом сплавления его с карбидом титана. Для определения содержания карбида титана в чугуне необходимо знать распределение частиц карбида титана в порошке по размерам.

1. Методика проведения исследований

Методика получения карбидочугуна плавлением смеси порошков (частиц) чугуна и карбида титана не получила распространения потому, что частицы карбидов титана, плотность которых 4,9 г/см3 [2], будучи легче жидкого чугуна, плотность которого 6,9 г/см3, всплывают на поверхность расплава (рис. 1).

Для исследования возможности вводить карбид титана со дна тигля, быстро охлаждать слиток так, чтобы зафиксировать в нем карбиды и определять содержание карбидов титана в слитке, необходимо знать распределе-

ние частиц порошка карбида титана по размерам, которое характеризует степень дисперсности порошка, т.е. каковы размеры самой малой и самой большой частицы; частиц какого размера больше всего; каково процентное содержание порошка в заданных интервалах радиусов частиц или, иначе говоря, каков его фракционный (гравитационный) состав.

Эти сведения можно получить при помощи металлографического и седиментационного анализа [3].

2. Расчет кривой распределения частиц карбида титана по размерам

Металлографическим анализом было установлено, что размер самой крупной частицы карбида титана (гн) 6,3 мкм, а частота ее появления -15,8%. Процесс седиментации описывается уравнением: т

Т+Т.

=

(1)

И продифференцируем уравнение (1)

сХ?

Подставляя О из уравнения (2) и —- из уравнения

ат

(3), получим:

г„ =

Тогда:

где и ти - константы в размерностях процен-

тов времени;

О - выражено в %.

Так как б < 1, то <Зтдолжно быть больше 100. Задача исследования кривой седиментации заключается в отыскании нацело выпавших частиц, т.е. отрезка <30 Воспользуемся уравнением касательной в виде:

(2)

Рис. 1 .Дифференциальная кривая распределения частиц по размерам

Как следует из графического выражения функции распределения, она является функцией нормального распределения с правой ассиметрией.

Найдем значение трех основных радиусов частиц, через которые обязательно должна пройти дифференциальная кривая распределения: предельной (наименьшей) г , наивероятнейшей г, отвечающей максимальному зна-

пр' 1 н' 1

чению функций, и максимальной гм.

Из уравнения (7) следует, что при <30 = 100, отвечающему предельному значению радиуса частицы.

(3)

пр

го

~ 1 (9)

Дифференцированием уравнения (8) и приравниванием производной к нулю, получим значение гн при максимальной величине функции распределения

о

(4)

2 ,24

(10)

Заменим, пользуясь законом Стокса, Тд на эквивалентную константу г0 в уравнении (4), уже не зависящую от условий эксперимента, а связанную только с дисперсностью порошка

К

Исходя из соображений, что минимальное значение функции близкое к нулю для наибольших по размеру частиц г (должно быть во много раз меньше максимального значения функции при г, получим:

Г„ =

3 Г.

(11)

(5)

(6)

Получив кривую седиментации (рис. 1), выражаемую уравнением (1), найдем его константы, для чего перепишем это уравнение в виде:

т

Щ-

Т

(12)

(7) 2). О

Уравнение (7) является аналитическим выражением интегральной кривой распределения частиц по размерам. Чтобы получить уравнение дифференциальной кривой распределения, надо продифференцировать уравнение (7), после чего получим:

(8)

Уравнение (8) является уравнением дифференциальной кривой нормального распределения частиц по размерам (рис. 1).

При переменных р", х-эта зависимость линейна (рис. котангенс угла наклона прямой,

- отрезок Ь, отсекаемый прямой на оси орди-

нат;

I =Ь- (2

Подставляя в уравнения (9), (10) и (11) найденное металлографическим исследованием значение гн= 6,3 и частоту появление частицы гн= 5,8 с учетом значения О получаем: г, г иг .

т ■' о пр м

Полученные данные использовали при построении кривой распределения частиц карбида титана по размерам на рис. 2.

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 7

59

Annotation

It is established that there are vanadium oxides V203, V204, V205. The thermodynamic analysis of the Fe-V-O system is made. The chart of phases stability in this system is constructed and it is shown that at 1273-13743 К the steady oxide is V203.

Keywords: vanadium, oxide, thermodynamic analysis, equilibrium constant, chart of phases stability.

Введение

Ванадий образует с железом твердые растворы замещения. Диаграмма состояния железо - ванадий изображена на рис. 1 [1]. Из нее следует, что область аустени-та огоаничена темпеоатуоами 1173—1673 К.

Рис. 2. Спрямленная кривая седиментации

Выводы

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика построения графического изображения функции распределения частиц порошка карбида титана по размерам с использованием металлографического и седиментационного анализов.

2. Разработанный метод построения нормального распределения частиц порошка по размерам значительно проще, чем подсчет частиц при увеличении под микроскопом.

Список литературы

1. Gurevich У., Rotermel P., Savinjih L. The New Resistant Composition

Carbide-Pig iron // Proceedings of 2nd International Conference of DAAM National Estonia. - Tallinn, 2000. - C. 267-268.

2. Гуревич Ю.Г., Нарва B.K.,Фразе Н.Р Карбидосталь. - М: Металлургия,

1988. - 141 с.

3. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. - М.:

Высшая школа. - 2004. - 145 с.

УДК 621.19

Ю.Г. Гуревич, П.А. Суханов, В.Е. Овсянников Курганский государственный университет

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ FE-V-0

Аннотация

Установлено, что существуют оксиды ванадия V03, V203, V204, V205. Сделан термодинамический анализ системы Fe-V-O. Построена диаграмма устойчивости фаз в этой системе и показано, что при 1273-13743 К устойчивым оксидом является V203.

Ключевые слова: ванадий, оксид, термодинамический анализ, константа равновесия, диаграмма равновесия фаз.

Y.G. Gurevich, P.A. Sukhanov, V.E. Ovsyannikov Kurgan State University

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF FE-V-O SYSTEM

Puc. 1. Диаграмма состояния системы Fe

Максимальная концентрация ванадия в аустени-те составляет 1,6 ат.%. При дальнейшем увеличении содержания ванадия образуются растворы на основе б-же-леза (феррита).

Термодинамический анализ системы РеЛЛО В системе Ре-\/-0 возможно существование следующих оксидов: \Ю3, \/2<Э3, \/2<Э4 V 205. В работах [2, 3] показано, что в присутствии железа прочность оксидов \/2<Э4 и V 205 не велика и в присутствии Ре образование этих оксидов невозможно. Оксид \/2Оэ стабилен в широком интервале температур. Таким образом, в системе РеЛЛО необходимо учитывать следующие фазы: [Ре,V], РеОт, РеУ2041,У20зт,У0тг.

В системе возможны следующие реакции: [Fe]T+ 1/202Г= FeOT;

а Р]/2:

Fe О 2

[Fe]T+2[V]T+202r=Fe0-V203T; 1

К3=-

_2_ о7

(1)

(2)

(3)

(4)