Прогнозування міцності пористих керамічних матеріалів, виготовлених на основі відходів машинобудування та природних мінералів

Abstract

UK: Постановка проблеми. Пористі керамічні матеріали мають великий термін експлуатації, стійкість до побутових впливів, високу механічну міцність, простоту в експлуатації. Міцність керамічних фільтрів, що виготовляються СВС-спіканням, істотно залежить від процесу їх формування. Тому необхідно детально вивчити вплив кількісних співвідношень матеріалів, що використовуються для виготовлення, залежність способу змішування та пресування, вплив температури у вказаних технологічних процесах на міцність неспечених заготовок. Мета статті − дослідження міцності тіл, отриманих на основі окалини сталі 18Х2Н4МА та природного мінералу – сапоніту − на етапі їх формування. Аналіз публікацій. Проведено аналіз методів дослідження міцності пористих керамічних тіл. Вибрано оптимальну модель, що враховує лінеаризовані механічні характеристики матеріалів-складників. Виклад матеріалу. Для математичного моделювання у роботі застосовано комбіновану модель Румпфа та Оноду, на основі якої проведено розрахунки залежності міцності тіла до термічної обробки. Враховуючи модель Рі та Еріна, досліджено вплив на межу текучості матеріалу швидкості деформації та енергії активації. На основі узагальненої моделі вивчено вплив об’ємної частки сполучної речовини, температури та швидкості деформації на міцність тіла. Встановлено, що міцність неспеченого тіла зростає зі зростанням об’ємної частки фракцій сполучної речовини і зменшується з підвищенням температури. Висновок. Результати, отримані на основі математичного моделювання міцності керамічних пористих тіл, узгоджуються з даними експериментальних досліджень, що підтверджує адекватність застосування даної моделі для дослідження міцності тіл у процесі СВС-спікання.

RU: Постановка проблемы. Пористые керамические материалы имеют большой срок эксплуатации, устойчивость к бытовым воздействиям, высокую механическую прочность, простоту в эксплуатации. Прочность керамических фильтров, изготавливаемых СВС-спеканием, существенно зависит от процесса их формирования. Поэтому необходимо изучить влияние количественных соотношений материалов, используемых при изготовлении, зависимость способа смешивания и прессования, влияние температуры при указанных технологических процессах на прочность неспечённых заготовок. Целью статьи является исследование прочности тел, полученных на основе окалины стали 18Х2Н4МА и природного минерала − сапонита − на этапе их формирования. Анализ публикаций. Проведен анализ методов исследования прочности пористых керамических тел. Выбрана оптимальная модель, которая учитывает линеаризованные механические характеристики материалов-компонентов. Изложение материала. Для математического моделирования в работе применена комбинированная модель Румпфа и Оноду, на основе которой проведены расчеты зависимости прочности тела до термической обработки. Учитывая модель Ри и Эрина, исследовали влияние на предел текучести материала скорости деформации и энергии активации. На основе обобщенной модели изучено влияние объемной доли связующего вещества, температуры и скорости деформации на прочность тела. Установлено, что прочность неспечённого тела возрастает при росте объемной доли фракций связующего вещества и уменьшается с ростом температуры. Вывод. Результаты, полученные на основе математического моделирования прочности керамических пористых тел, согласуются с данными экспериментальных исследований, что подтверждает адекватность применения данной модели для исследования прочности тел в процессе СВС-спекания.

EN: Formulation of the problem. Porous ceramic materials have great lifetime, resistance to household effects, high mechanical strength and ease of use. The strength of the ceramic filters produced by thermal debinding depends essentially on the process of their moulding. It is therefore necessary to examine the impact of quantitative ratios of materials used in the manufacture dependent methods of mixing and pressing, the effect of temperature during these production processes on the strength of ceramic green bodies. Literature review. The article purpose is the research of ceramic green bodies strength received from scale steel 18H2N4MA and natural mineral − saponite − during their moulding. Analysis of publications. The paper analyzes the methods of research of the strength of porous ceramic bodies. The optimal model, which takes into account linearized mechanical properties of materials, is applied. The presentation material. The combined model of Rumpf and Onodu is used for the mathematical modelling. The strength of the ceramic green body are calculated depending thermal debinding. The model Ree and Eyring influence on the strength of the material strain rate and activation energy are calculated. Based on a generalized model, the influence of volume fraction of binder, temperature and strain rate at the strength of the ceramic green body are investigated. Conclusion. Numerical simulation results obtained strength porous ceramic bodies are consistent with those of experimental studies. This model is applicable for ceramic bodies of research of strength during the process of the thermal debinding.