Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Медведев, Юрий Юрьевич

• Медведев, Юрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Медведев, Юрий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ШИХТ И ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ ЗАГОТОВОК.

1.1.1. Компактирование порошка при комнатной темпе, ратуре.

1.1.2. Компактирование порошков в горячем состоянии.

1.1.3. Высокоэнергетические методы прессования.

1.2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ФОРМОВАНИЕ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА.

1.3. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении»

В последние годы методы порошковой металлургии (ПМ) широко внедряются в практику изготовления изделий самого различного назначения и охватывают многие отрасли техники. Это объясняется тем, что изделия из порошка по качеству и свойствам практически не уступают изделиям из компактного материала, а зачастую даже превосходят их.

ПМ является одним из наиболее прогрессивных процессов превращения металла в изделие. Это обуславливается как технико-экономическими показателями, так и ее возможностями создания материалов с особыми механическими и физико-химическими свойствами.

Важной особенностью ПМ является возможность изготавливать пористые материалы, работоспособность и области применения которых определяются структурой пор. Пористые материалы при соответствующей металлической основе являются прочными и устойчивыми против коррозии, могут работать в широком диапазоне температур, не засоряют фильтруемую жидкость продуктами фильтра, легко подвергаются механической обработке и сварке, допускают многократную регенерацию, обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Основные преимущества ПМ перед другими технологическими процессами состоят:

- в резком сокращении расхода материалов и энергии при производстве изделий; в многообразии и гибкости составов при создании новых композиционных материалов;

- в постоянстве состава и свойств изделий; высокой производительности, возможности автоматизации технологических операций;

- в создании структур с различной степенью гетерогенности.

Большим достоинством ПМ является то, что исходные материалы при производстве порошковых изделий могут быть получены как непосредственно из руд, так и из некоторых отходов металлургической и машиностроительной промышленности (стружки, облоя, окалины и т.п.).

Основными технологическими операциями при изготовлении изделий методами ПМ являются прессование и спекание. Вид технологии изготовления порошковых изделий и число операций определяются степенью их сложности и условиями эксплуатации.

Несмотря на наличие разработанных технологий ПМ продолжаются исследования их новых разновидностей, к которым можно отнести технологические процессы, основанные на совмещении операций с термическим и механическим воздействием на порошковый материал. Развитием этого направления можно считать электропластическое уплотнение (ЭПУ), сущность которого заключается в уплотнении порошковой шихты из насыпанного состояния при прямом пропускании через прессовку электрического тока.

Для порошковых заготовок и деталей, независимо от способа получения, их качество в первую очередь определяется величиной плотности и равномерностью ее распределения по объему изделия, так как эти параметры влияют на возможность дефектообразования, физико-механические свойства материала и его анизотропию.

Совершенствование и создание оригинальных технологических направлений обуславливают необходимость проведения дальнейших исследований с целью получения высокоплотных порошковых материалов различной степени сложности, что позволит в достаточно широком спектре расширить номенклатуру изготавливаемых методом ПМ деталей.

Актуальность темы диссертации определяется возможностью прогнозируемого получения высокоплотных порошковых материалов с заданными формой, размерами и плотностью, что свидетельствует о высокой эффективности процесса. Реализация этой возможности определяет необходимость проведения специальных исследований.

На основе результатов проведенных исследований разработана технология изготовления детали «толкатель клапана двойного» тележки натяжения гусениц трактора «Т-130М».

При проведении аналитического обзора научно-технической литературы использовалась всемирная компьютерная сеть Интернет (сайт http://www. fips.ru; http://www.sond. nsc.ru\eng\books).

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Волгодонского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), в соответствии с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по госбюджетной теме 1.00. «Разработка теоретических и физических основ формирования перспективных функциональных материалов» на 2000 — 2004 гг.

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Медведев, Юрий Юрьевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология ЭПУ, заключающаяся в совмещении операций уплотнения и электронагрева порошковой шихты, позволяющая получать порошковый материал с остаточной пористостью 2 - 6%.

2. В результате применение метода математического планирования эксперимента были установлены технологические параметры ЭПУ, обеспечивающие получение материала с остаточной пористостью ~ 1 %.

3. Выявлены процессы, происходящие при ЭПУ, ограничивающие интервал варьирования технологических параметров. При недостаточном термодеформационном воздействии на уплотняемый материал наблюдается интенсивное окисление свободных поверхностей, затрудняющее сращивание при их последующем соприкосновении. В случае чрезмерно высокого уровня воздействия происходит образование жидкой фазы, приводящее к выплеску ее части из полости матрицы, образованию несплошностей кристаллизационного происхождения и созданию короткозамкнутого электрического контура в уплотняемом материале, ограничивающего тепловой эффект из-за локализации области протекания электрического тока.

4. Определено влияние технологических параметров ЭПУ на закономерности уплотнения и межчастичного сращивания, обеспечивающих формирование порошкового материала. Интенсивнее эти процессы протекают при циклическом приложении давления. Установлена область технологических режимов, обеспечивающих формирование внутрикристаллитного сращивания при уплотнении порошкового материала до остаточной пористости в пределах 2-6%.

5. Выявлена зависимость механических свойств порошкового материала от его плотности. Немонотонный характер данной зависимости объясняется различным влиянием технологических параметров процесса на уплотнение и сращивание. Наиболее высокими прочностными свойствами обладает материал с минимальной остаточной пористостью, характеризующий формирование на межчастичной поверхности внутрикристаллитного сращивания. Материал, имеющий низкие прочностные свойства обуславливает формирование межкристаллитного сращивания.

6. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации технологических параметров метода ЭПУ предложена опытно-промышленная технология изготовления толкателя клапана двойного тележки натяжения гусениц трактора «Т-130М». По предложенной технологии в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ) была изготовлена опытная партия деталей «толкатель клапана двойного». Детали прошли испытания как на стендах кафедры «Технология машиностроения» ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), так и в реальных условиях на предприятиях ГУП Аксайское ДРСУ г. Аксай, ВСЦМ (Волгодонской специализированный центр механизации) «РосдорНИИ» г. Волгодонск, ОАО «Порт-Кавказ» г. Волгодонск. Стендовые и эксплуатационные испытания показали соответствие детали «толкатель клапана двойного» предъявляемым требованиям, что подтверждается актом о внедрении.

136

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Медведев, Юрий Юрьевич, 2003 год

1. Ничипоренко О. С. Современные методы производства металлическихпорошков. Порошковая металлургия, №1979, С. 1-10.

2. Бальшин М. Ю. Научные основы порошковой металлургии волокна. М.:1. Металлургия, 1972, 336 с.

3. Гегузин Я. Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967, - 360 с.

4. Дорофеев Ю. Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковыхзаготовок. М.: Металлургия, 1977, - 216 с.

5. Ермаков С. С., Вязников Н. Ф. Металлокерамические детали вмашиностроении. — Л.: Машиностроение, 1975, -232 с.

6. Жданович Г. М. Теория прессования металлических порошков. М.:1. Металлургия, 1969, 264 с.

7. Раковский В. С. Спеченные материалы в технике. М.: Металлургия, 1978,-231с.

8. А.С. 108911 СССР. Технологическая смазка для горячей обработки давлением порошковых изделий / Ю. Г. Дорофеев, А. И. Малеванный, Б. М. Симилейский, С. Н. Сергеенко // Открытия. Изобретения. 1984. -№ 16. -С. 79.

9. Бекофен В. Процессы деформации.- М: Металлургия, 1977,- 228 с.

10. Дорофеев Ю. Г., Мариненко Л. Г., Устименко В. И. Конструкционные порошковые материалы и изделия.- М.: Металлургия, 1986, 144 с.

11. Дорофеев Ю. Г., Малеванный А. И., Сергеенко С. Н. Закономерности уплотнения при горячей штамповке пористых порошковых формовок. II. Оптимизация технологических параметров поперечной горячей штамповки // Порошковая металлургия. 1987.- №2. - С. 17-20.

12. Дорофеев Ю. Г., Устименко В. И. Порошковая металлургия отрасль прогрессивная. Опыт и перспективы развития. - Ростов.: Кн. изд-во, 1982. 192 е., ил.

13. Ковальченко М. С. Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. Киев: Наукова думка, 1980.-238 с.

14. Самсонов Г. В., Ковальченко М. С. Горячее прессование. Киев : Гос-техиздат УССР, 1962.-212с.

15. Дорофеев Ю. Г., Дорофеев В. Ю., Бабец А. В. Теория получения металлических порошков и их формование. Учебное пособие. Новочеркасск 1998. 142с.

16. Радомысельский И. Д., Печентковский Е. Л., Сердюк Г. Г. Пресс-формы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование. Ки-ев: техника, 1970,-172с.

17. James P.I. Particle deformation during cold isostatic pressing of metal powders. Powder metallurgy, 1977,vol.20, №4, p. 199-204.

18. Кипарисов С. С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия.-М. Металлургия, 1980.-496с.

19. Duncley J. J. and Gansnon R. J. The p/m Extrusion of tool steel Bar, the international journal of Powder Metallurgy and Powder Technology, 1977, vol. 13, №1, p. 13-20.

20. Motor Industry strengthens the Future of Powder metals. Metals and materials, 1978, p. 38-42.

21. Справочник металлиста, т. 3. Под ред. А. Н. Малова. М.: Машиностроение, 1977. - 748 с.

22. Прокатка металлических порошков/ Г. А. Виноградов, Ю. Н. Семенов, О. А. Катрус и др.// М.Металлургия, 1969. - 382 с.

23. Аксенов Г. И., Ревякин В. П. О некоторых вариантах прокатки металлических порошков // Порошковая металлургия : Сб. докл. VIII Всесоюз. конф. по прогрессивным методам пр-ва деталей из порошков. — Минск.: Вышейшая шк., 1966. С. 89 - 96.

24. Ложечников Е. Б. Прокатка в порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1987. - 185 с.

25. А. с. 725816 СССР. Рабочая клеть стана для прокатки порошков / Е. Б. Ложечников, П. И. Скоков, С.С. Клименков и др. // Открытия. Изобретения. 1980. - №13. - С. 60 - 61.

26. Ложечников Е. Б., Лабзин О. А. Центробежная прокатка порошка // Порошковая металлургия. 1989.- №3. - С. 21 - 25.

27. Дорофеев Ю. Г., Горшков С. А., Егоров С. Н. Некоторые особенности прессования металлических порошков в вакууме // Порошковая металлургия. 1979.- №8. - С. 17-21.

28. Ермаков С. С., Н. Ф. Вязников. Порошковые стали и изделия. -Л.: Машиностроение, 1990. 320 с.

29. Вязников Н. Ф., Ермаков С. С. Металлокерамические материалы и изделия. Л.: Машиностроение, 1967. - 224 с.

30. Формование деталей сложной конфигурации методом шликерного литья/ Л. С. Глен, Б. Л. Крит, Л. Е. Лигачев, и др.// Цветные металлы. 1984. -№7. - С. 83-84.

31. Буланов В. Я., Небольсинов В. Н. Прогнозирование свойств спеченных материалов. М.: Наука, 1981. 156с.

32. Гасанов Б. Г. Теория обработки металлов давлением. Учебное пособие. Новочеркасск 1999г. 87с.

33. Сб.: Высокоскоостное деформирование металлов. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1966. - 334 с.

34. Применение методов порошковой металлургии в автомобилестроении капиталистических стран / Э. Т. Денисенко, Т. В. Еремина, Д. Ф. Калинович и др.// Порошковая металлургия. -1982.- №9. С. 90-96.

35. Манукян Н. В., Саркисян Д. Э. Исследование распределение деформаций при экструзии пористых металлических материалов. В кн.: Порошковая металлургия. - Ереван, 1970, с. 102-108.

36. Brown G.T. Hot extrusion, theory and practice. Powder Metallurgy, 1977, vol. 20, №1, p. 49-50.

37. Friedman G. Properties of extruded Metal Powder. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1980, vol. 16, №1, p. 29 -36.

38. Nokita N., Kawamura Т., Kondo G. New low alloy steel Powder Provide Improved Mechanical Properties for p/m Forgings. p. 203 212.

39. Park S.G. Park W.K. Properties of extruded Aluminium Iron p/m Materials. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1978, vol. 14,№4, p. 305-321.

40. Sheppard T. and Meshane H. Analysis of pressure reguiraments for Powder Metallurgy, 1976, vol. 19, № 3, p. 121 125.

41. Skelly H.M. Properties of p/m Forgungs made by six Methods. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1978, vol. 14, №1, p. 32-37.

42. Ковальченко M. С. Уплотнение пористого тела при горячей ковке // Порошковая металлургия. 1974.- №6. - С. 29 - 36.

43. Дорофеев В. Ю. Исследование процесса формования зубчатых колес из нагретых пористых порошковых заготовок, структуры и свойства их материала. Дисс. канд. техн. наук. - Новочеркасск , 1982, - 181с.

44. Цыркин А.Т. Исследование особенностей получения структуры и свойств металокерамических материалов для тяжелонагруженныхузлов тепловозов. Автореф. Дис. канд. тех. наук. Новочеркасск, 1971. -23с.

45. Горячая объемная штамповка порошкового титана/ В. А. Павлов, Л. И. Живов, В. В. Щербина и др.// Порошковая металлургия. 1973.- №8. - С. 15-19.

46. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М.: Металлургия, 1970.

47. Тавадзе Ф. И., Манджгаладзе С. Н. Коррозионная стойкость титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1969.

48. Рогозин В. Д. Взрывная обработка порошковых материалов. Волгоград. РПК «Политехник», 2002г., 135с.

49. Писарев С. П., Рогозин В. Д. Способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью сваркой взрывом // АС СССР №1732572,1992г.

50. Взрывное прессование слоистых металло-керамических элементов электротехнического назначения / В. Д. Рогозин, С. П. Писарев, Ю. П. Трыков и др. // Слоистые композиционные материалы 98: Труды научно-технической конференции/- Волгоград 1998. - С. 139-140.

51. Рогозин В. Д., Писарев С. П. Параметры нагружения при сварке взрывом с запрессовко порошка в трубчатых элементах. // Сварочное производство. 1998.-№11. С.7-9.

52. Роман О. В. Развитие высокоэнергетических методов прессования в порошковой металлургии. В сб.: порошковая металлургия, вып.1. -Минск: высшая школа, 1977, с. 3-8.

53. Дэвис Р. Применение высоких скоростей для прессования металлических порошков и ковки порошковых заготовок. — В сб.: Порошковая металлургия, вып.1. Минск : Вышейшая школа, 1977, с. 26 - 29.

54. Современные технологии, материалы и изделия порошковой металлургии. Научно-практическая конференция, г. Ростов-на-Дону, 18-20 сентября 2002г.

55. Paul Skoglund. High density PM components by high velocity compaction. Доклад представлен на всемирном конгрессе по порошковой металлургии РМТЕС 2002г., Орландо, США, июнь 2002г., объем 11 стр., язык -английский.

56. Исследование особенностей холодного и горячего прессования порошковых заготовок/ В. Е. Батурин, Ю. Д. Клебанов, Б. В. Розанов и др. //Порошковая металлургия. 1973.- №8. - С. 10- 14.

57. Bullhausen С. VDI-Zeitschrift. 1963. - №16. - 658 р.

58. Клебанов Ю. Д., Сумароков В. Н. ПТЭ. 1970. - №3. - 224 с.

59. Свенсен К. Физика высоких давлений. Физматиз. 1963.

60. Энгстром У., Йохансон Б., Кнутссон П. Свойства материалов полученных при теплом прессовании улучшенных порошков. Материалы научно-практической конференции «Современные технологии, материалы и изделия порошковой металлургии». Ростов-на-Дону 2002г

61. Рамстед М., Андерсон О., Видарсон X. Новые технологические разработки фирмы «Хеганес» по переработке порошков в высокоэффективные изделия. Доклад на Всемирном конгрессе по порошковой металлургии PMITEC 2002г., Орландо, США, июнь 2002г.

62. Дорофеев Ю. Г. Эволюция теории и технологии горячей обработки давлением дискретных материалов. Порошковые и композиционные материалы и изделия: Сб. науч. тр./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2000.- С 4 12.

63. Сопоставление данных теоретического и экспериментального определения давления при динамическом горячем прессовании / М. С. Ковальченко, Ю. Г. Дорофеев, Н. Т. Жердинский и др. // Порошковая металлургия. 1977.- №6. - С. 30-35.

64. Дорофеев Ю. Г., Колесников В. А. К вопросу о сущности явлений, протекающих при динамическом горячем прессовании пористых порошковых заготовок. Исследования в области порошковой и стружковой металлургии: том 221. Новочеркасск: РИО НПИ, 1969. — С 3-8.

65. Чалмерс Б. Физическое металловедение. М.: Металлургиздат, 1963.

66. Г. Д. Никифоров, В. В. Дьяченко, Б. Д. Орлов и др. // Сварочное производство. 1964. - №5.

67. Уплотнение порошковых материалов/ В. М. Сегал, В. И. Резников, В. Ф. Малышев и др. // Порошковая металлургия. 1979. - №6. - С. 26 - 30.

68. Андреева И. В., Радомысельский И. Д., Щербань Н. И. исследование уплотняемости порошков // Порошковая металлургия. 1975. - №6. -С. 32-43.

69. Грин Р. Дж. Теория пластичности пористых тел. Сб. переводов «Механика». 1973. - №4. - С. 109 - 121.

70. Хилл Р. Математическая теория пластичности. — М.: Гостехтеориздат. — 1956. -407 с.

71. Бутыленко А. К., Соколовский В. Н. исследование уплотнения металлических порошков при нагреве под высоким давленеим до 80 кбар //Порошковая металлургия. 1978.- №11. - С. 28-33.

72. Понятовский Е. Г. О критической точке на кривой полиморфного превращения церия. ДАН СССР. - 1958. - №5. - С 1021-1025.

73. Брендли К. К. Применение техники высоких давлений при исследованиях твердого тела. М.: «Мир». 1972. — 232 с.

74. Гельман А. С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. -302 с.

75. Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: «Наука», 1972.-139 с.

76. Дорофеев Ю. Г., Пруцаков В. Т., Скориков В. А. Особенности динамического горячего прессования металлических порошков, технология изготовления и свойства металлокерамических и шихтовых материалов. Новочеркасск. -1971.

77. Блантер М. Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных. М.: Металлургиздат, 1952.

78. Дорофеев Ю. Г., Пруцаков В. Т. Исследование скорости динамического прессования металлических порошков на некоторые свойства прессовок. Исследования в области порошковой и стружковой металлургии: том 221. Новочеркасск: РИО НПИ, 1969.

79. Райченко А. И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987-122с.

80. Формирование межчастичных контактов при спекании сферических порошковых частиц электрическим током / Г. JI. Буренков, В. Т. Бондарь, Н. А. Крылова и др.//Порошковая металлургия. 1987.- №6. - С. 35-41.

81. Буренков Г. JL, Райченко А. И., Сураева А. М. Динамика межчастичных взаимодействий сферических металлических порошков при электроспекании //Порошковая металлургия. 1987;- №9. - С. 25-29.

82. Особенности изменения пористости и дефектности структуры порошкового хрома при электроконтактном спекании / J1. О. Андрущик, О. Н. Балашкина, С. П. Ошкадеров и др. // Порошковая металлургия. 1987.-№11. - С. 35 -38.

83. Структура и свойства порошкового хрома, спеченного методом электроконтактного нагрева/ J1. О. Андрущик, О. Н. Балашкина, С. П. Ошкадеров и др.//Порошковая металлургия. 1990.- №3. - С. 34 - 39.

84. Контактообразование при электроимпульсном спекании порошка титанового сплава / П. А. Витязь, В. М. Капцевич, К. Е. Белявин и др. // Порошковая металлургия. 1990.- №7. - С. 20-23.

85. Буренков Г. JI., Райченко А. И., Сураева А. М. Макроскопический механизм образования межчастичного контакта при спекании порошков электрическим током//Порошковая металлургия. 1989.- №3. -С. 33 - 39.

86. Патент на изобретение № 2210460 РФ. Способ изготовления изделий из шихты на основе металлического порошка/ Егоров С. Н., Медведев Ю. Ю., Егоров М.С., Егорова И.Ф./06.12.2001.

87. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания металлов при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия.-1971.—№2. С.44-51.

88. Спиридонов А А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение. - 1981.- 184 с.

89. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 276 с.

90. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. - 304 е., ил.

91. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Д.: Машиностроение. -1972.-359 с.

92. Шатт В. Порошковая металлургия, спеченные порошковые материалы. -М.: Металлургия, 1983". 518 с.