Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 1 2018 62 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 7. Распределение размера рекристаллизованного зерна по длине активной зоны катода при r = R 1 + δ/2: 1 – для q max = 2,5 МВт/м 2 , t = 75 с; 2 – для q max = = 3,5 МВт/м 2 , t = 54 с Fig. 7 . Distribution of the size of the recrystallized grain along the length of the cathode at r = R 1 + δ/2: 1 – is for q max = 2.5 MW/m 2 , t = 75 s; 2 – is for q max = = 3.5 MW/m 2 , t = 75 s Рис. 8. Фотография излома катода плазмотрона на длине 50 мм Fig. 8. Photo of the plasmatron cathode fracture at a length of 50 mm Фотографии сделаны с использованием опти- ческого микроскопа «ЛОМО». Средний размер зерна на длине 50 мм составил 10 мкм. Отклоне- ние расчета от эксперимента (см. рис. 7) состав- ляет 2,5…3 раза. В реальных условиях работы плазмотрона электрод может многократно нагре- ваться и охлаждаться, что не учтено в сделанных расчетах. Время одного цикла работы плазмо- трона может превысить время первичной рекри- сталлизации (см. рис. 5) для отдельных участков катода (см. рис. 2), что приведет к росту зерна в результате собирательной и/или вторичной рекристаллизации [25]. Естественно, чем мень- ше размер зерна после первичной рекристалли- зации (см. рис. 7), тем больше движущая сила собирательной и/или вторичной рекристаллиза- ции. С учетом того, что меньший размер зерна и меньшее время первичной рекристаллизации соответствуют более высоким температурам, со- бирательная и/или вторичная рекристаллизация в этих областях будет протекать с повышенной скоростью. В результате вариация среднего раз- мера зерна по длине катода будет существенно уменьшена. Для плотности потока тепла при q max = 2,5 МВт/м 2 расчет показывает среднее по длине катода значение размера первично рекристаллизованного зерна 3,7 мкм, а при q max = 3,5 МВт/м 2 – 14 мкм. Эти значения хоро- шо согласуются с рис. 8. При длительной работе плазмотрона собирательная и/или вторичная ре- кристаллизация приводят к образованию моно- кристаллической по толщине стенки полого ка- тода [12], пример показан на рис. 9. Время собирательной рекристаллизации τ CR , необходимое для получения монокристаллической стенки, может быть рассчитано по формуле (6). В этом случае следует принять, что D 0 = D (τ R ), D max = δ, K 0 = 4 K G ( D 0 D max ) 0,5 , K G = K GCR = = 0,079 м/с, Δ H = Δ H CR = 385,2 кДж/моль [25].