Массоперенос в высокоградиентном тепловом поле при сварке трением и модификации верхнего слоя

Abstract

Оценены массоперенос в высокоградиентном тепловом поле, возникающем в микрообъеме материала при сварке трением FSW (Friction Stir Welding), и модификации верхнего слоя (Friction Stir Processing). Проанализирована упрощенная диффузионная система Fe–Cr с односторонними термодинамическими возбуждениями. Характер массопереноса определяет термодиффузия, что влияет на конечное распределение концентрации диффундирующего элемента в области трения. Химические потенциалы составляющих процесса вызывают некоторые фазовые изменения, что демонстрирует тройная система (Fe–C)–Cr. Приведены результаты анализа этих явлений. Верификация решений реализована на примере анализа адгезионного слоя хрома, нанесенного на матрицу из низколегированных сталей S235JR и S355. Использован смоделированный источник тепла в микрообъемах анализированного узла трения в виде лазерного излучения.

Проаналізовано масоперенос у високоградієнтному полі, ініційованому в мікрооб’ємі матеріалу впродовж зварювання тертям, і модифікації верхнього шару. Оцінювали спрощену дифузійну систему Fe–Cr з односторонніми термодинамічними збудженнями. Характер масопереносу визначає термодифузія, що впливає на кінцевий розподіл концентрації дифундувального елемента в області тертя. Хімічні потенціали складників процесу спричиняють певні фазові зміни, що демонструє потрійна система (Fe–C)–Cr. Подані результати аналізу цих явищ. Верифікація наведених рішень реалізована на прикладі адгезійного шару хрому, нанесеного на матрицю з низьколегованих вуглецевих сталей. Використано змодельоване джерело тепла у мікрооб’ємах аналізованого вузла тертя у виді лазерного випромінювання.

A mass transport in a high-gradient thermal field initiated in a micro-volume of the material subjected to friction stir welding (FSW) as well as the modification of the surface layer of the component with the use of the FSP (Friction Stir Process) technology is analysed. A simplified Fe–Cr diffusion system with a unidirectional character of thermodynamic excitation in a structural material is evaluated. The mass transport character is determined by thermodiffusion, which affects the resultant distribution of the diffusing component concentration in the friction area. The chemical potentials of the process components in such a field cause specific phase transitions. It is particularly noticeable in ternary (Fe–C)–Cr systems. The analysis of the above mentioned phenomena is given. Verification of the presented considerations is done for adhesive chromium coatings on S235JR and S355J2 low-alloyed steels. The modelled laser radiation source is used, which serves as a heat initiator in the micro-volumes of the friction pair being analyzed.