Щукин В.Г. Попов В.Н.
Численное исследование процессов плавления и затвердевания модифицированных поверхностных слоев металла при индукционном нагреве
Докладчик: Щукин В.Г.
Одним из перспективных способов улучшения эксплуатационных свойств деталей станков и машин в ходе индукционной обработки их поверхностей является модифицирование расплава специально подготовленными наноразмерными частицами тугоплавких соединений (карбиды, нитриды, карбонитриды и др.). Такой подход позволяет увеличить количество центров кристаллизации и измельчить структурные составляющие затвердевшего металла, а получаемые высокая дисперсность и однородность кристаллического зерна благоприятно сказываются на качестве обработанных поверхностей.
В настоящей работе проведено 3D численное моделирование теплофизических процессов при модифицировании поверхностного слоя металла в перемещающейся подложке. Предполагается, что поверхность подложки покрыта слоем специально подготовленных наноразмерных частиц тугоплавкого соединения, которые, проникая в расплав, равномерно распределяются в нем. Исследовалась возможность применения высокочастотного электромагнитного поля большой мощности для разогрева и плавления металла с целью его последующего модифицирования. Распределение электромагнитной энергии в металле описывалась эмпирическими формулами. Плавление металла рассматривалось в приближении Стефана, а при затвердевании предполагалось, что все наночастицы служат центрами объемно-последовательной кристаллизации.
Численные исследования проводились при следующих параметрах: удельная мощность p0=35 и 40 кВт/см2 при частоте поля f=440 и 1200 кГц, скорость движения подложки V=0.5-2.5 см/с, концентрация наночастиц Np=2.0·1091/см3 . По результатам расчетов в квазистационарной постановке были оценены распределение температурного поля, размеры зон плавления и кристаллизации, изменение доли твёрдой фазы в двухфазной зоне, площадь обработанной поверхности подложки в зависимости от скорости её перемещения и характеристик индукционного нагрева.
К списку докладов