авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Порошковые инфильтрованные материалы fe-ni-cuна основе механически активированных шихт

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гончарова Ольга Николаевна

ПОРОШКОВЫЕ ИНФИЛЬТРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Fe-Ni-Cu
НА ОСНОВЕ МЕХАНИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННЫХ ШИХТ

Специальность 05.16.06 – Порошковая металлургия и композиционные
материалы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Научный руководитель Сергеенко Сергей Николаевич

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Официальные оппоненты Пустовойт Виктор Николаевич

доктор технических наук, профессор,

зав. кафедрой «Физическое и прикладное материаловедение», ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г. Ростов-на-Дону

Веропаха Дмитрий Николаевич

кандидат технических наук, доцент,

ведущий инженер-технолог ОГТ ООО

«Производственная компания

«Новочеркасский электровозостроительный

завод»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Северо-Кавказская государственная

гуманитарно-технологическая академия»,

г. Черкесск

Защита состоится «29» мая 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.09 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 (гл. корпус, ауд. 149).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан «28 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Устименко В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие промышленности связано с разработкой функциональных материалов с повышенной эксплуатационной надежностью. Использование методов инфильтрации является одним из направлений улучшения свойств порошковых материалов. В ЮРГТУ (НПИ) разработаны технологии получения инфильтрованных порошковых материалов (ИПМ), включающие предварительное формование основы, засыпку инфильтрата и доуплотнение биметаллической заготовки с последующим спеканием, совмещенным с инфильтрацией, обеспечивающие повышение физико-механических свойств ИПМ при снижении трудоемкости их изготовления.





В Государственном научно-производственном объединении порошковой металлургии, г. Минск, разработаны ИПМ на основе железа, легированного никелем. Инфильтрация сплавами меди существенно повышает физико-механические и триботехнические свойства ИПМ, что позволяет использовать их в качестве антифрикционных. Использование бронзы БрО10С1,5ЦФ в качестве инфильтрата для пропитки железного каркаса обеспечивает получение материала с повышенной прочностью.

Ранее проведенные в ЮРГТУ (НПИ) исследования материалов на основе механически активированных шихт установили наследственное влияние процессов диспергирования-агломерации порошковых частиц в высокоэнергетических мельницах (ВЭМ) на закономерности формования, спекания, формирования структуры спеченных и горячедеформированных материалов. Механическая активация в жидких средах приводит к агломерации частиц, их разрушению и формированию при спекании структуры, состоящей в основном из твердых растворов Fe-Ni с различным содержанием никеля. В результате исследований показано, что при активированном спекании порошковых материалов можно существенно снизить температуру и время образования твердых растворов.

Значительный вклад в создание и решение проблем совершенствования ИПМ внесли следующие ученые: Д.М. Карпинос, Л.И. Тучинский, И.М. Федорченко, В.Н. Анциферов, А.А. Шацов, П.А. Витязь, Л.Н. Дьячкова, Ю.В. Найдич, В.Г. Шатт, G. Stern, С. Durdaller и др.

Однако в исследованных работах не изучено влияние процессов, протекающих при обработке в высокоэнергетических мельницах порошковых шихт Fe-Ni, на закономерности формирования структуры и свойств инфильтрованных порошковых материалов. Таким образом, разработка и использование технологии получения ИПМ на основе механически обработанных порошковых шихт является актуальной научно-технической задачей.

Работа выполнена на кафедре “Материаловедение и технология материалов”  Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «ЮРГТУ(НПИ)» - «Порошковые, композиционные материалы и изделия из них», госбюджетной темы 1.8.05 “Разработка теоретических основ формирования перспективных функциональных материалов. Фундаментальное исследование”.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии получения ИПМ с повышенными физико-механическими свойствами на основе механически обработанных в ВЭМ порошковых шихт Fe-Ni и установление закономерностей влияния содержания никеля на процессы диспергирования-агломерации, инфильтрации, совмещенной со спеканием, формирования структуры и свойств ИПМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Провести многокритериальную оптимизацию содержания никеля в шихте основы ИПМ.
  2. Исследовать закономерности механической обработки в ВЭМ порошковых основ Fe-Ni ИПМ в режиме сухого размола (СР), размола в жидких средах (РЖС), а также механической активации в жидких средах (МАЖ).
  3. Изучить процессы инфильтрации, совмещенной со спеканием, расплавом БрО10С1,5ЦФ тугоплавких каркасов на основе механически обработанных в ВЭМ порошковых шихт Fe-Ni.
  4. Установить влияние содержания никеля на структуру и свойства инфильтрованных порошковых материалов на основе механически активированных в жидких средах порошковых шихт Fe-Ni.
  5. Разработать опытную технологию получения ИПМ для опорной шайбы горнопроходческого комбайна.

Методы исследования и достоверность результатов. Для решения поставленных задач были использованы современные методы исследования фракционного состава, структуры и свойств материалов: ситовый анализ и метод перераспределения частиц по размерам (для оценки степени агломерации частиц определяли показатель агломерации (ПАГ), равный отношению средних размеров частиц после обработки в ВЭМ (d0) и ручной обработки в ступе (d1)); оптическая и электронная сканирующая микроскопия высокого разрешения; рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ; методы анализа твердости и микротвердости; испытания на срез, а также обработка экспериментальных данных с применением статистических методов анализа результатов и многокритериальной оптимизации.



Степень достоверности результатов подтверждается:

  • согласованностью полученных результатов с фундаментальными положениями порошкового материаловедения, а также соответствием экспериментальных данных и научных выводов с общепринятыми положениями, опубликованными в авторитетных изданиях;
  • использованием современных методов статистической обработки результатов экспериментальных исследований;
  • использованием в экспериментальных исследованиях современных методов испытаний с применением поверенного оборудования и стандартных методик в сочетании с комплексом методов исследований структуры и свойств;
  • поверкой основных экспериментальных исследований независимыми испытаниями, выполненными в ООО «Тоннельдорстрой», г. Сочи.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

  • многокритериальная оптимизация содержания никеля в шихте основы ИПМ;
  • закономерности механической обработки в высокоэнергетической мельнице в режимах сухого и жидкого размола, механической активации в жидких средах порошковых шихт Fe-Ni (0-2% мас.) в зависимости от содержания никеля;
  • наследственное влияние механической обработки в ВЭМ на процессы формования, спекания и инфильтрации;
  • результаты исследования структуры и свойств инфильтрованных порошковых материалов, полученных по разработанной технологии;
  • технология получения ИПМ на основе механически активированных в жидких средах порошковых шихт Fe-Ni (2% мас.), позволяющая получать материал с повышенными механическими свойствами и степенью консолидации поверхностных слоев.

Научная новизна. 1. Впервые, с учетом эмпирических зависимостей 0, 0(CNi), представленных в виде полиномов второй степени для сухого и жидкого размола и третьей степени для механической активации в жидких средах, построено модифицированное уравнение функции распределения частиц по размерам F(x; CNi), учитывающее содержание никеля (0-2% мас.) в порошковой шихте Fe-Ni

  1. Установлены экспериментальные зависимости и построены 2D Spline модели влияния содержания никеля на процессы диспергирования-агломерации при обработке в ВЭМ порошковых шихт Fe-Ni (0-2% мас.). Выявлены экстремальные значения содержания никеля, обеспечивающие максимальную активность порошковой шихты Fe-Ni (1% мас.), полученную сухим размолом, переход к формированию агломератов частиц в порошковой шихте Fe-Ni (1,5% мас.) при размоле в жидких средах, формирование высокопрочных агломератов в процессе механической активации в жидких средах порошковой шихты Fe-Ni (2% мас.).
  2. В отличие от ранее проведенных исследований, учитывающих связь между процессами диспергирования-агломерации и закономерностями уплотнения при спекании и горячей штамповке, установлено наследственное влияние процессов диспергирования-агломерации на закономерности уплотнения при инфильтрации и формирование механических свойств ИПМ на основе порошковых шихт Fe-Ni (0-2% мас.). Показано, что повышенные механические свойства и степень консолидации поверхностных слоев ИПМ обеспечиваются при использовании шихт с экстремальными значениями содержания никеля, полученных: а) сухим размолом (CNi=1% мас.) с максимальной активностью и значениями ПАГ<1; б) размолом в жидких средах (СNi=1,5% мас.), обеспечивающим переход от диспергирования к агломерации и значениями ПАГ>1; в) в процессе механической активации в жидких средах (СNi=2% мас.), характеризующейся формированием высокопрочных агломератов и значениями ПАГ=1.

Практическая ценность. 1. Разработана технология получения ИПМ, включающая: механическую активацию в жидких средах порошковой шихты Fe-Ni (2% мас.), при которой формируются высокопрочные агломераты; предварительное формование основы Fe-Ni, засыпку инфильтрата БрО10С1,5ЦФ и доуплотнение биметаллической формовки; инфильтрацию, совмещенную со спеканием. При этом обеспечивается повышение механических свойств материала поверхностного слоя, равномерное распределение никеля по объему ИПМ, поры которого заполнены сплавом Cu-Sn, легированным Ni и Fe.

2. Определено оптимальное содержание никеля в порошковой шихте Fe-Ni (0-2% мас.). Показано, что ИПМ на основе механически активированной шихты Fe-Ni (2% мас.) обладают повышенной прочностью поверхностных слоев по сравнению с шихтой, полученной сухим размолом (СNi=1% мас.) и размолом в жидких средах (СNi=1,5% мас.).

3. Практическая ценность и новизна подтверждается также тем, что на основе проведенных исследований предложена опытная технология получения ИПМ (Fe-Ni)-БрО10С1,5ЦФ (10% от массы шихты) на основе механически активированной шихты в жидких средах Fe-Ni (2% мас.) для опорной шайбы горнопроходческого комбайна, включающая: холодное прессование биметаллической формовки (инфильтрат (БрО10С1,5ЦФ) - основа (Fe-Ni)); инфильтрацию, совмещенную со спеканием, и холодную штамповку. Предложена технология формования основы заготовки в виде усеченного конуса с целью получения ИПМ с равными диаметрами верхней и нижней части заготовки.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических и исследовательских конференциях, проводимых в ЮРГТУ (НПИ): «Студенческая весна» (2007 - 2011г.), 59-я, 60-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области (2010 - 2011г.), а так же на Всероссийском смотре-конкурсе «Научно-технического творчества студентов высших учебных заведений» – «Эврика-2010», г. Новочеркасск (2010 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ общим объемом 1,68 п.л., в том числе 2 из которых выполнены без соавторов, 3 опубликованы в изданиях, отвечающих требованиям ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав с общими выводами и списка литературы и изложена на 166 страницах машинописного текста, включает 51 рисунок, 26 таблиц, приложение на 20 страницах и список литературы из 111 наименований.

Автор выражает благодарность заслуженному деятелю науки и техники РСФСР д.т.н., профессору Ю.Г. Дорофееву за обсуждения полученных результатов и помощь при работе над диссертацией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены основные направления, объекты и актуальность исследований, сформулирована цель и определены задачи исследования, указана научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе «Анализ научно - технической и патентной литературы» проведен обзор существующих технологий получения материалов и изделий из порошков. Одним из перспективных направлений повышения механических свойств является инфильтрация, совмещенная со спеканием, имеющая ряд преимуществ перед другими методами порошковой металлургии, в частности, спеканием.

Рассмотрены известные способы получения ИПМ, среди которых наибольший интерес представляет формование слоистой заготовки путем напрессовки инфильтрата на основу, включающее предварительную подпрессовку порошковой шихты основы, засыпку инфильтрата и окончательное доуплотнение биметаллической формовки. Технология холодной штамповки позволяет снизить пористость и шероховатость поверхности ИПМ, а также повысить физико-механические свойства. В качестве инфильтрата для пропитки железного каркаса обосновано использование бронзы БрО10С1,5ЦФ в количестве 10% мас., обеспечивающее получение материала с повышенной прочностью. Инфильтрация медью и ее сплавами существенно повышает физико-механические и триботехнические свойства ИПМ, что позволяет использовать их в качестве антифрикционных.

Увеличение дисперсности железного порошка, а также введение в основу небольшого количества никеля позволяет получать более однородное распределение меди в объеме изделия. В результате исследований выявлено наследственное влияние процессов диспергирования-агломерации при обработке порошковой шихты Fe-Ni в ВЭМ в процессе МАЖ на процессы уплотнения при формовании, спекании и формирования структуры и свойств порошковых материалов.

Во второй главе «Методики проведения исследований» представлены составы и свойства используемых материалов, характеристика технологического и исследовательского оборудования, описаны методики проведения экспериментов.

Для изготовления исследуемых образцов в качестве исходных материалов использовали железные порошки ПЖВ 3.160.26, ПЖР 2.200.26, АНС 100.29, АВС 100.30, Ancorsteel 1000С (CFe=92-100% мас.), порошок никеля ПНК-1Л5 (0-8% мас.), порошок оловянистой бронзы БрО10С1,5ЦФ (10% от массы шихты основы). Шихту Fe-Ni основы готовили в ВЭМ «САНД-1» при соотношении массы шихты и размольных шаров (dш=10мм) Мш:mшихты=10:1 и времени размола р=1,2кс по технологиям сухого размола (скорость вращения ротора =2,42 с-1), размола и механической активации в жидких средах (95%-й этиловый спирт (10% от массы шихты), =4,84 с-1). Фракционный состав и средний размер частиц шихт (ГОСТ 18318-94) определяли с помощью набора лабораторных сит на ситовом анализаторе модели “029”. При получении спеченных материалов формование включало: засыпку шихты Fe-Ni в цилиндрическую стальную пресс-форму и двухстороннее прессование на гидравлическом прессе ПГ-50 (400 МПа), а при получении инфильтрованных формовок – предварительное прессование шихты основы Fe-Ni (50 МПа), засыпку порошка инфильтрата БрО10С1,5ЦФ (10% от массы шихты основы) и окончательное доуплотнение (400 МПа) биметаллической формовки. Спекание заготовок Fe-Ni и инфильтрацию биметаллических формовок (Fe-Ni)-БрО10С1,5ЦФ, совмещенную со спеканием, осуществляли в муфельной печи (1432К, 7,2кс, среда – диссоциированный аммиак).

Металлографические исследования выполняли на микроскопе «Альтами МЕТ 3». Рентгеноструктурные исследования проводили с использованием дифрактометра ДРОН-3. Электронно-зондовый микроанализ (микрорентгеноспектральный анализ) выполняли на микроскопе-микроанализаторе Camebax–micro (Франция). Механические свойства ИПМ определяли при испытаниях на срез ср на цилиндрических образцах с регистрацией кривых разрушения, используя прибор КСП 4. Твердость по Роквеллу (ГОСТ 24622-81) определяли после спекания на твердомере ТР5056 УХЛ. Твердость при малых нагрузках определяли на цифровом микротвердомере модели HVS-1000 (0,98 Н, 10с).

Обработку экспериментальных данных проводили, используя программный пакет Table Curve 2D и в системе STATISTICA путем построения 2D Spline моделей на ЭВМ. Для обработки графических изображений использовались программы Компас 9D и Visio 2000.

Многокритериальную оптимизацию содержания никеля в шихте, обеспечивающего повышенный комплекс механических свойств псевдосплавов железо-бронза, проводили, используя комплексный показатель качества. Количественной оценкой такого показателя может служить обобщенная функция желательности. Оптимизацию технологии выполняли, используя следующую шкалу «желательности»: D=0,7-1,0 – превосходный, D=0,6-0,7 – хороший, D менее 0,5 – недопустимый уровень качества. Показатель D представляет собой среднее геометрическое желательностей , где d1 – содержание никеля в шихте, d2 – пористость инфильтрованной заготовки, d3, d4 – твердости верхнего и нижнего слоев, d5 – коэффициент, равный отношению объемов пор до и после спекания.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.