zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



УДК 546.271

 

ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КУБИЧЕСКИХ ДОДЕКАБОРИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

 

Алексенко В.Л., Букетов А.В.

Украина, Херсонская государственная морская академия

Корень Е.В.

Украина, Херсонский государственный аграрный университет

Одинцов В.В., Скирденко В.О.

Украина, Херсонский государственный университет

 

STRENGTH CHARACTERISTICS OF CUBIC dodecaborides RARE EARTH METALS

Abstract: In the work by calculation and methods of static and dynamic studies of mechanical properties for the first time identified a module of elasticity (Young's modulus), shear modulus G, the coefficient of transverse deformation (Poisson's ratio) hotsintered dodekaborides phases YB12, TbB12, DyB12, HoB12, ErB12, TmB12, YbB12, LuB12, ZrB12. The numerical values of the calculated and experimental mechanical parameters are the same.

Keywords: refractory compounds, the mechanical characteristics, the characteristic temperature, Young's modulus, shear modulus, Poisson's ratio.

 

Анотація: У роботі розрахунковим шляхом і методами статичних і динамічних досліджень механічних властивостей вперше визначено модуль нормальної пружності (модуль Юнга), модуль зсуву G, коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона) гарячеспечених додекаборидних фаз YB12, TbB12, DyB12, HoB12, ErB12, TmB12, YbB12, LuB12, ZrB12. Чисельні значення розрахованих та експериментальних механічних параметрів збігаються.

Ключові слова: тугоплавкі сполуки, механічні характеристики, характеристична температура, модуль Юнга, модуль зсуву, коефіцієнт Пуассона.

 

Вступление. В современных отраслях промышленности – химии, металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, авиа- и автостроении, атомной и военной технике – научный прогресс, экономические и экологические показатели в значительной степени определяются конструкционными материалами, которые используются при создании, эксплуатации производств и выпуске различных видов товарной продукции. Традиционно выпускаемые металлы и их многочисленные сплавы уже не удовлетворяют требованиям по химической устойчивости, удельной плотности и физико-механическим свойствам, особенно в условиях больших механических нагрузок, в высокотемпературных режимах и в коррозионных средах. Новый класс конструкционных материалов на основе редких металлов, кремния, бора и других элементов в виде карбидов, боридов, нитридов, карбосилицидов и композиций из этих соединений обосновывает необходимость нового направления в их создании и использовании, а также глубокого научного исследования их физико-химических свойств. Можно смело сказать, что указанные конструкционные материалы являются основой в материаловедении XXI века. К таким материалам можно отнести бориды, и в частности, додекабориды редкоземельных металлов со структурой типа UB12.

Постановка проблемы. Физико-химические свойства этих фаз изучены недостаточно [1,2,3], особенно, что касается механических, прочностных их характеристик. Лишь в работе [4] указывается, что предел прочности при изгибе для YB12 составляет 165 кг/мм2 (пористость спеченных в вакууме образцов 22-26%), в работе [2] приведены расчетные значения модуля упругости додекаборидов.

Нами впервые выполнены систематические исследования таких механических характеристик как модуль нормальной упругости (модуль Юнга), модуль сдвига, коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) однофазных додекаборидных фаз YB12, TbB12, DyB12, HoB12, ErB12, TmB12, YbB12, LuB12, ZrB12, полученных путем путем спекания порошков додекаборидов металлов в среде аргона в тиглях из диборида циркония в засыпке крупного порошка спекаемого борида при температуре 2100÷2200 К.

Спеченные материалы имели пористость 15÷20%. Образцы для исследований вырезались на электроискровом станке и имели вид параллелепипедов с размерами (10×2,5×0,5)·10-3м. Образцы таких размеров требовали и соответствующей методики изучения механических констант.

Перед тем как экспериментально исследовать механические характеристики нами произведены расчеты некоторых из них по известным формулам, а именно, используя коэффициент термического расширения (α), характеристическую температуру (Θ), температуру плавления (Тпл), скорость распространения звука (vm) и др.

Из формулы Френкеля :

;                                                                            (1)

из формулы Францевича :

,                                                                (2)

а также коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) получали из формулы Кестера и формулы Францевича:

;                                          (3)

                                                             (4)

где          μ – коэффициент Пуассона; Тпл – температура плавления; А – молекулярный вес; γ – плотность; ; V – объем молекулы (а3) Ǻ3; Θ – характеристическая температура, К.

Модуль сдвига: , так как

;                                                                  (5)

где          - скорость распространения звука.

, так как .                                (6)

Результаты экспериментов. В виду малости размеров образцов для экспериментального исследования модуля Юнга нами использовался классический метод призматической балки прямоугольного сечения, защемленной с одного конца, дополненный зеркальным угломером (рис.1) [5].

 

Рис. 1. Статические испытания консольной балки на изгиб. Определение углового перемещения конца образца с помощью зеркального угломера.

 

Модуль Юнга рассчитывался по формуле:

,                                                                       (7)

где          Р – нагрузка на образец (Н); l – длина образца (м); h – толщина образца (м); b – ширина образца (м);

 ( - дуга прогиба, L - расстояние) – угол, связанный с дугой прогиба.

Для подтверждения результатов, полученных из исследований по методике выше описанной (статический метод), нами проведены еще исследования динамическим методом (рис.2)[6].

 

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для определения частот собственных колебаний образца. 1- образец, 2 – якорь, 3 – электромагнит, 4 – генератор низкой частоты, 5 – конденсаторный микрофон, 6 – осциллограф, 7 – батарея, 8 – жесткое основание.

 

Массогабаритные параметры образца с якорем из магнитного материала определяются обмерами и взвешиванием до крепления на основе быстротвердеющим клеем. Относительно малый размер якоря в направлении продольной оси образца позволяет считать его массу сосредоточенной в центре тяжести. Колебания возбуждаются электромагнитом, питаемым генератором низкой частоты. Бесконтактная регистрация интенсивности колебаний осуществлялась конденсаторным микрофоном, подключенным на вход осциллографа. Резонансные частоты, соответствующие собственным частотам, надежно фиксировались по резкому возрастанию амплитуды колебаний. Далее размах колебаний свободного конца консоли регистрировался, как и при статических испытаниях, с помощью зеркального угломера.

Опуская ряд особенностей расчетного определения собственных частот призматической балки, связанных с компьютерным решением (программы consolL и consolE) трансцендентного уравнения

,                                           (8)

выбирая для решения значения частот лишь первых гармоник (желательно первого тона) [7], получаем значения резонансных частот и рассчитываем модули Юнга для соответствующих додекаборидных фаз (таблица 1). Тестирование метода осуществлялось на стальной заготовке с параметрами l=0,1м; b=0,01м; h=0,002м; γ=7,8·103кг/м3; m=0,156·104кг/м3; ЕFeэксп=200ГПа; Етабл=(200÷210)ГПа.

Все значения модулей упругости исследуемых додекаборидов пересчитаны на нулевую пористость по формуле:

,                                                       (9)

где      П – пористость.

Все полученные расчетные и экспериментальные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основные механические характеристики додекаборидов редкоземельных металлов и величины, связанные с ними

Фаза

YB12

TbB12

DyB12

HoB12

ErB12

TmB12

YbB12

LuB12

ZrB12

B

Мол. вес

М·10-3 кг/моль

218,732

288,656

292,232

294,732

296,982

298,732

302,732

304,732

220,952

10,811

Плотность,

γ·103 кг/м3

3,444

4,540

4,611

4,655

4,706

4,756

4,820

4,868

3,611

2,340

Температура плавления, °К

2950

2400

2550

2750

2600

2750

-

2650

2750

2075

Характер. температура, °К

1052

900

850

872

872

868

845

848

976

1200

Коэффициент термического расширения

·10-6К-1

3,2

3,6

4,6

3,6

3,7

3,8

3,7

3,4

3,5

8,3

Коэффициент Пуассона

0,31

0,36

0,37

0,34

0,30

0,33

0,35

0,36

0,39

0,39

Модуль сдвига,

ГПа

Из

195

160

150

160

160

160

156

170

154

320[8]

Из Ерасч

180

141

151

166

143

157

154

141

156

-

Модуль Юнга расч.

ГПа

Расчит.

нами

270

200

200

210

220

210

200

220

190

-

[2]

180

220

210

200

200

200

200

190

-

-

(2)

230

180

190

220

200

210

200

180

190

330

Модуль Юнга эксп.

ГПа

Естат

250

-

190

190

195

197

198

210

200

-

Един

240

-

198

178

165

210

230

230

182

390[8]

Резонансная частота f, Гц

1544

-

1300

1960

1500

1300

1500

1324

3000

3540

 

Выводы. Из таблицы 1 следует, что экспериментальные и расчетные значения механических характеристик додекаборидов численно практически совпадают. Численные значения модуля Юнга для додекаборидов значительно меньше по величине, нежели соответствующие значения для чистого бора. При этом в додекаборидных фазах все же сказываются сильные ковалентные связи В-В, однако в механических свойствах, по-видимому, существенно влияние металлических атомов, которые выступают в роли пластификаторов и этим снижают, и существенно, механические свойства додекаборидов (коэффициент сжимаемости 0,31÷0,39), делая их более гибкими, пластичными, что немаловажно в практическом использовании этих прочных тугоплавких соединений (твердость Н100=(2500÷2750)кг/мм2).

 

Литература

1.     Одінцов В.В. Додекабориди рідкісноземельних металів. – Київ.: Херсонська міська друкарня, 1992. – 57с.

2.     Мойсеенко Л.Л. Электрофизические свойства додекаборидных фаз редкоземельных металлов. Автореферат канд. дис. – Киев, 1981.

3.     Шицевалова Н.Ю. Магнитные, термические и транспортные свойства додекаборидов редкоземельных элементов. Канд. дис. – Вроцлав,2001. – 163 с.

4.     Своеобразие вакуумно-термического метода получения и некоторые свойства боридов Y и Gd./[Манешс Р.М., Меерсон Г.А., Журавлев Н.Н., Телюкова Т.М., Степанова А.А., Грамм Н.В.] //Порошк. метал. 6 (ІІ), 1966. – С.77-84.

5.     ГОСТ 1497-81. Металлы. Методы испытания на растяжение.

6.     Способ определения модуля упругости Юнга и коэффициента Пуассона литых деталей. Патент РФ №2431819 МПК G01№3/32, 2010.

7.     Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. Справочное руководство. Пер. с англ. М.З. Кайнера, под ред. А.М. Лопшица, Гос. изд. физико-математической литературы, М. 1961, 524 с.

8.     Цагарейшвили Г.В. Некоторые механические свойства кристаллов β-ромбоэдрического бора. Сб. Бор. Получение, структура и свойства – М.: Наука, 1974. – С.121-125.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info