Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 1

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 1 2018 63 MATERIAL SCIENCE Рис. 9 . Фотография излома катода плазмотрона с монокристаллической стенкой Fig. 9 . Photo of the plasmatron cathode fracture with a single crystal wall Это время получается много больше времени ресурса работы плазмотрона и не соответству- ет экспериментальным данным, представлен- ным на рис. 9. Полученные результаты экс- периментов (см. работу [25]) показывают, что из-за наличия примесей в вольфраме значи- тельно чаще возникает вторичная рекристалли- зация, скорости которой существенно больше. В этом случае K G = K GSR = 63 м/с, Δ H = Δ H SR = = 360,1 кДж/моль [25]. Распределение τ SR по длине активной зоны катода, рассчитанное по уравнению (6), показано на рис. 10. Видно, что полная рекристаллизация зерна в вольфрамовом катоде может происходить за один цикл работы плазмотрона. Это означает, что электрофизические характеристики катода могут существенно меняться в ходе его работы. В легированном вольфраме процессы рекристал- лизации идут со скоростями в 10 раз меньшими [25, 26], что может на порядок увеличить τ SR . При относительно быстром охлаждении катода разница температур по его длине остается су- щественной, и возникающие термические на- пряжения могут вызвать новый процесс рекри- сталлизации катода в следующем цикле работы плазмотрона. С учетом сделанных при расчетах предполо- жений и неоптимизированного набора параме- тров модели для материала конкретного катода сравнение с имеющимися экспериментальны- ми данными показывает, что полученные ре- зультаты можно считать вполне удовлетвори- тельными. Заключение Предложены математические модели, на основе которых проведено численное модели- рование различных режимов работы полого катода, получено пространственное изменение температуры в объеме катода при его нагреве под воздействием электрической дуги и оцене- но изменение структуры материала. Сравнение с экспериментальными данными показывает, что данные модели можно использовать для исследования и повышения эксплуатационных характеристик полых катодов вакуумных плаз- мотронов. Рис. 10 . Распределение максимального времени вто- ричной рекристаллизации 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. 10 . Distribution of the maximum time of the sec- ondary recrystallization along the length of the cathode active zone 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