Використання моделювання для мінімізації перепаду температури в заготовці з карбіду бору при високошвидкісному спіканні під тиском

Abstract

З використанням методу скінчених елементів виконано моделювання температурного поля в робочій комірці технологічної установки високошвидкісного спікання під тиском (ВШСТ) порошкових заготовок із карбіду бору. Враховано залежність властивостей порошкової заготовки від пористості та температури. Проведено комп’ютерне дослідження впливу схеми комірки на перепад температури в заготовці. За результатами моделювання вибрано схеми робочої комірки установки ВШСТ і відповідні режими нагрівання, при яких протягом 100–150 с досягається температура спікання 2000 ºС, а перепад температури в заготовці на стадії витримки дорівнює 13–30 градусів. Реалізація вибраних схем робочої комірки в технологічній установці ВШСТ дала змогу отримати однорідність мікротвердості матеріалу спеченого виробу.

С использованием метода конечных элементов выполнено моделирование температурного поля в рабочей ячейке установки высокоскоростного спекания под давлением (ВССД) порошковых заготовок из карбида бора. Учтены зависимости свойств порошковой заготовки от пористости и температуры. Проведено компьютерное исследование влияния схемы ячейки на перепад температуры в заготовке. По результатам моделирования выбрано схемы рабочей ячейки установки ВССД и соответствующие режимы нагрева, при которых в течение 100–150 с достигается температура спекания 2000 °С, а перепад температуры в заготовке на стадии выдержки составляет 13–30 градусов. Реализация выбранных схем рабочей ячейки в технологической установке ВШСТ позволила получить однородность микротвердости материала испеченного изделия.

Using the finite element method, a simulation of the temperature field in the work cell of the technological unit during high-speed sintering under pressure (HSSP) of the powder boron carbide samples was performed. The dependence of the properties of the powder billet on porosity and temperature is taken into account. A computerized study of the effect of the cell circuit on the temperature drop in the B4C-sample is carried out. According to the results of simulation, the schemes of the working cell of HSSP-unit and the corresponding heating regimes have been selected, during which the temperature reach 2000 ºС within 100–150 s, and the temperature drop in the preform during the dwell stage is 13–30 degrees. Implementation of the selected schemes of the working cell of HSSP in the technological unit allowed to obtain homogeneity of the microhardness of the material of the sintered product.