Формирование порошковой стали методом электроконтактного уплотнения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Литвинова, Татьяна Анатольевна

• Литвинова, Татьяна Анатольевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Литвинова, Татьяна Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 .СВОЙСТВА И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ.

1.2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ФОРМИРОВАНИЕ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА.

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование порошковой стали методом электроконтактного уплотнения»

Порошковая металлургия (ПМ) охватывает совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками.

Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим пугем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повысить экономические показатели производства.

Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии производят изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлов трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы.

Основные преимущества использования порошковой металлургии:

- снижает затраты на дальнейшую механическую обработку, которая может быть исключена или существенно уменьшена. Получает готовое изделие точное по форме и размерам. Обеспечивает высокое качество поверхности изделия.

- использует энерго и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания.

- позволяет получать изделия с уникальными свойствами, используя многокомпонентные смеси, объединяя металлические и не металлические компоненты. Изделия различной пористости с регулируемой проницаемостью.

- получает более высокие экономические, технические и эксплуатационные характеристики изделий по сравнению с традиционными технологиями. возможность получения пористых материалов с контролируемой пористостью, чего нельзя достигнуть плавлением и литьем. Основными элементами технологии порошковой металлургии являются следующие:

- получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или сплавы, соединения металлов с неметаллами и различные другие химические соединения; прессование из подготовленной шихты изделий необходимой формы в специальных пресс-формах, т.е. формование будущего изделия;

- спекание спрессованных изделий, придающее им окончательные физико-механические и другие специальные свойства.

Несмотря на наличие разработанных технологий ПМ продолжаются исследования их новых разновидностей, к которым можно отнести технологические процессы, основанные на совмещении операций прессования и спекания порошковых материалов. Развитием этого направления можно считать электроконтактное уплотнение (ЭКУ), 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 прогнозирования структуры и свойств получаемого материала. Реализация этой возможности определяет необходимость проведения специальных исследований.

На основе результатов проведенных исследований разработана технология изготовления детали

При проведении аналитического обзора научно-технической литературы использовалась всемирная компьютерная сеть Интернет (сайт fips.ru; http://www.soHd. пзс.пЛепаМзоокв).

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ)в соответствии с основным научным направлением ЮРГТУ

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Литвинова, Татьяна Анатольевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определены технологические параметры ЭКУ, обеспечивающие формирование порошковой стали за одну технологическую операцию с остаточной пористостью 2-6 % , отсутствием структурно свободного графита и качественным межчастичным сращиванием. Наилучшими функциональными свойствами обладает порошковая сталь, полученная по следующим режимам ЭКУ: плотность тока 32 МА/м2, давления прессования 380 МПа и длительность пропускания электрического тока 70 с при циклическом приложении давления прессования.

2. Определено влияние технологических параметров ЭКУ на закономерности протекание процессов уплотнения, растворения углерода и межчастичного сращивания. Выявлена зависимость механических свойств порошковой стали от плотности, степени гомогенизации и качества межчастичного сращивания. Значительное влияние на уровень механических свойств порошковой стали оказывает растворение углерода в металлической основе. При недостаточной продолжительности ЭКУ' в структуре пористого порошкового материала обнаруживаются объемные включения, обогащенные углеродом. Эти включения увеличивают склонность порошковой стали к хрупкому разрушению. Наиболее высокими механическими свойствами обладает порошковая сталь с минимальной остаточной пористостью, с завершенной гомогенизацией Бе - С композиции и внутрикристаллитным сращиванием.

3. Установлено, что ЭКУ порошковой стали сопровождается интенсификацией диффузионных процессов, способствующих гомогенизации железо - графитовой композиции в течении 50- 70с. Предложена гипотеза, объясняющая это явление влиянием электрического поля, создаваемого внешним источником, на степень ионизации ионов легких элементов, в том числе углерода, облегчающее совершение ими элементарного акта перескока в соседнее междоузлие.

4. Проведен анализ условий миграции МЧПС, различающихся соотношением движущей силы миграции, силы сегрегационного торможения и гомогенизации порошковой стали.

5. Установлено, что формирование качественного межчастичного сращивания, идентифицируемое по гребням вязкого излома и уровню механических свойств, происходит не только при миграции межчастичной поверхности сращивания, сопровождающейся увлечением сегрегационной атмосферы и субмикропор, но и в случае ее отрыва от зернограничных дефектов, реализуемого при превышении движущей силы миграции над силами торможения этого процесса, при условии завершенности гомогенизации порошковой стали.

6. На основании результатов исследования и теоретического обобщения полученных результатов разработаны рекомендации их практического использования, положенные в основу установления технологических режимов изготовления сменной насадки отверток на основе железо - графитовой композиции. По предложенной технологии была изготовлена опытная партия насадок. Результаты промышленных испытаний показали их полное соответствие предъявляемым требованиям, увеличение срока службы и снижением себестоимости их изготовления, что подтверждается актом внедрения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Литвинова, Татьяна Анатольевна, 2010 год

1. Leone Frank D., Chen Y.T., Weber R.G. A new high strength P/M alloy steel// Processing and business machine applications: Nat.Powder Met. Conf. (Montreal, May 24-27, 1982)-New York: Princetion. - P. 33- 44

2. Бар Дж., Вейс В. Порошковая металлургия материалов специального на значения. М.: Металлургия, 1977. - 374 с.

3. Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии.- М.: Метаддургия, 1978,- 184 с.

4. Мамедов А.Т., Алиев Н.А Сравнительная оценка свойств пористых материалов и подшипников скольжения из них для электродвигателей вентиляторов бытовых кондиционеров // Порошковая металлургия. 1988.-№5.-С. 98-103

5. Мамедов А. Т., Алиев Н. А. Особенности технологии изготовления пористых подшипников скольжения из железного порошка//Порошковая металлургия.— 1986.— № 7.— С. 96—100

6. Оглезнева С.А., Михайлов А.О., Зубко И.Ю. Влияние углерода на формирование структуры при механическом легировании и спекании порошковых сталей // Известия ВУЗов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия.- 2008. -№ 1.- С. 9-16.

7. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия.- 4-е изд., перераб. и доп.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990.-319с.

8. Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении. М.: Машиностроение, 1973 .-126с.

9. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М. Металлургия, 1975.-200с.

10. Ю.Мищенко В.Н., Струков А.Г., H.H. Жердицкая H.H. Влияние марок железных порошков на свойства// Порошковая металлургия. 1989.- №3. -С. 5 - 7.

11. П.Гретченхо В.Е., Чумаков А.Ф., Рославцев H.A. Свойства железньтх и низколегированных порошков производства Сулинского металлургического завода // Порошковая металлургия. -1992.-№ 2. С.101-106.

12. М. Б. Хеиров,. А. Т. Мамедов Структура и прочностные характеристики порошковой стали ЖГр 0,8, получаемой различными способами // Порошковая металлургия.-1989.- №7.- С.87-92.

13. А. с. 954189 СССР. Способ изготовления спеченных изделий на железографитовых материалов/А. Т. Мамедов/Юткрытия. Изобретения.— 1982.— №32.— С. 35.

14. Дорофеев Ю. Г., Мамедов А. Т. Порошковые герметичные износостойкие материалы для деталей бытовых кондиционеров//Порошковая металлургия.— 1985.—№ 12.—С. 50—54.

15. Маслюк В.А., Мамонова A.A. Особенности тонкой структуры феррита в горячештампованных порошковых сталях/ТПорош. металлургия. Украина, 2005. - № 5-6. - С. 108-119

16. Мариненко Л.Г., Устименко В.И. Структурообразование материалов из диффузионно-легированных порошков. М.: Металлургия, 1993. 240 с.

17. В. С. Ермаков, С. С. Ермаков. Э. А. Сулейменов Влияние температуры на свойства и деформационную способность порошковых сталей //Порошковая металлургия.— 1990.— № 7.—С. 43-—47.

18. 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.

19. Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформированных материалов. — М.: ЗАО Металлургиздат, 2003. 152 с.

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

21. 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: Т. 221. Новочеркасск: РИО НПИ, 1969. - С. 3-8.

22. Чалмерс Б. Физическое металловедение. М.: Металлургиздат, 1963. -435 с.230 механизме образования соединений при сварке и пайке/ Никифоров Г. Д. и др. // Сварочное производство. 1967. - № 12. - С. 8-10.

23. Уплотнение порошковых материалов/ В. М. Сегал, В. И. Резников,

24. B. Ф. Малышев и др. // Порошковая металлургия. 1979. - № 6.1. C. 26-30.

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

26. Грин, Р. Дж. Теория пластичности пористых тел: сб. переводов «Механика».- 1973.-№4.-С. 109-121.

27. Хилл, Р. Математическая теория пластичности. М.: Гостехтеориздат. -1956.-407 с.

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

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

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

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

32. 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. - С.З - 10.

33. Блантер М. Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных. М.: Металлургиздат, 1952.- 144с.

34. Анциферов В.Н., Бобров Г.В, Дружинин JI.K. и др. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1987.-792с.

35. Андрущик Л.О., Корнюшин Ю.В., Ошкадеров С.П. Формирование межчастичных соединений при электроконтактном спекании металлических порошков //Метафизика. 1991.Т.13.№ 10.С.110-121.

36. Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.:Металлургия,1987.-128с.

37. Байденко A.A., Истомина Т.И., Попов В.П. Влияние удельных энергозатрат при электроразрядном спекании на структуру и свойства композиции медь-олово абразив// Порошковая металлургия. 1986.№8. С.67-70

38. Киеси Иноуэ. Метод и установка для спекания электрическим разрядом. Патент Японии № 1685,Кл. 10А501,1971.

39. Киеси Иноуэ. Способ изготовления формы для электроразрядного спекания. Патент Японии №45-1528ДСл.10А601,1970.

40. Белявин К.Е., Мазюк В.В., Минько Д.В., Шелег В.К. Теория и практика электримпульсного спекания пористых порошковых материалов. Минск: Ремико, 1997.- 180с.

41. Балакин С.А., Башлыков С.С., Быков И.И. и др. Электроимпульсное прессование порошковых материалов.- Препринт ИПМ АН УССР.- N6. -1985.-30с.

42. Алеутдинова М.И., Фадин В.В. Влияние электрического поля на разрушение поверхности трения спеченных металлических / М.И. Алеутдинова, В.В. Фадин // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функцион. покрытия. 2010. - № 2. - С. 18 - 23.

43. Пат. 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.

44. Медведев, Ю.Ю. Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении // Дисс. . канд. техн. наук: -Новочеркасск. 2003. - 152 с.

45. Мецлер A.A. Структура и свойства порошковой бронзы, формированной при электроконтактном уплотнении: Автореф. дис. канд. техн. наук.-Новочеркасск, 2007. 20 с.

46. Handbook of Auger Electron Spectroscopy // Physical Electronics. 1995. -408 c.

47. Дорофеев Ю.Г., Попов C.H. Исследование сращивания металлов при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия.-1971.-№2. -С.44-51.

48. Я. Б. Фридман. Механические свойства металлов. Изд. 3, в 2-х частях. М.: «Машиностроение», 1974.- 840с.

49. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании техно-, логических процессов. М.: Машиностроение. - 1981.- 184 с.

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

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

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

53. Литвинова Т.А. Получение высокоплотного материала методом электроконтактного уплотнения/ Т. А. Литвинова // Металлург. 2009. -№ 7. - С. 67-68.

54. Литвинова Т.А. , Егоров С.Н. Влияние технологических режимов электроконтактного уплотнения на пористость порошковой стали / Т.А. Литвинова, С.Н. Егоров // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функцион. покрытия. 2010. - № 1. - С. 28-30.

55. Литвинова Т.А. , Егоров С.Н. Механические свойства порошковой стали, полученной методом электроконтактного уплотнения / Т. А. Литвинова, С.Н. Егоров // Металлург. 2010. - № 1. - С. 65-67.

56. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. -М.: Металлургия, 1972. 176 с.

57. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок. М.: Металлургия, 1977. - 216 с.

58. Механические свойства спеченных материалов. Сообщение 3 / В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, Р.К. Иващенко и др. // Порошковая металлургия. -1991- №5 С.38-49.

59. Анциферов В.Н., Перельман В.Е. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов.- М.: 2001. 628 с.

60. Кипарисов С. С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия.-М.: Металлургия, 1980 495 с.

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

62. Раковский В. С. Спеченные материалы в технике. М.: Металлургия, 1978 — 231 с.

63. Егоров М.С. Влияние степени гомогенизации порошковых сталей на их механические свойства // Изд. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. -2004. - Прил. № 8. - С. 15 - 19.

64. Егоров С.Н., Симилейский Б.М., Егоров М.С. Строение хемосорбированного слоя кислорода на поверхности металлов кубической сингонии// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 1999. -С.77-80.

65. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. -М.: Наука, 1970.-292с. „

66. Строймап И.М. Холодная сварка металлов. Л.: Машиностроения, 1985. -224с.

67. Приходько Э.В. Металлохимия комплексного легирования. М.: Металлургия, 1983. - 184с.

68. Литвинова Т.А., Егоров С.Н. Формирование порошковой стали в условиях электроконтактного уплотнения // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия .- 2009. № 2. - С. 20 — 22.

69. Гасанов, Б. Г. Взаимная диффузия и гомогенизация в порошковых сплавах: Моногр./ Юж. Рос. Гос. Техн. Ун-т. - Новочеркасск: ГОРГТУ, 2002. — 113 с.

70. Литвинова Т.А., Егоров С.Н., Медведев Ю.Ю. Кристаллографические аспекты гомогенизации железографитовой композиции /Т. А. Литвинова, С.Н. Егоров, Ю.Ю. Медведев // Металлург. 2010. - № 6. - С. 40 -43.

71. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. М.: Химия, 1977.-376 с.

72. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания малоуглеродистой стали при динамическом горячем прессовании // Исследование в области порошковой и стружковой металлургии: Новочеркасск, 1968.- С. 120-131.

73. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания меди при динамическом горячем прессовании // Исследование в области порошковой и стружковой металлургии: Новочеркасск, 1968.- С. 131-141.

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

75. Егоров С.Н. Исследование процесса формирования материала при динамическом горячем прессовании пористых порошковых заготовок// Дисс. . канд. техн. наук:-Новочеркасск.- 1978. — 167 с.

76. Иванов A.C., Борисов С.А. Влияние размера частиц на поверхностную сегрегацию // Порошковая металлургия. -1988.- №10.- С. 14-16.

77. Физико-химические свойства элементов / Под ред. Г.В.Самсонова // Киев: Наукова думка, 1965.- 808 с.

78. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела.- М.:Мир, 1969.-560 с.

79. Senuma Т. et. al. Influence of Chemical Compositions on the Texture Formation of Low Carbon Sheets Rolled in a-region // Tetsu to hagane. 1987.- № 73.-P. 1421.

80. Tsunoyama K. et. al. Development of Extra Deep Drawing Gold-Rolled Steel Sheets for Intergradet Automotive Parts // Kawasaki Steel Girho. 22(3), 1990. -P.177-182.

81. Takeshi H. Development and Production of IF- Steel (Round Table Discussion of the Metallurgy of Modern IF Grades). Germany. Düsseldorf. 1990. Sponsored by NPC.

82. Кан P. Физическое металловедение.-Т.2.- M.: Мир, 1968.- 491 с.

83. Уманский Я. С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев JI.H. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия.- М.: Металлургия, 1982.- 632 с.

84. Кунин JI.С. Поверхностные явления в металлах М.: Гос. науч.-техн. изд.литер, по черной и цветной металлургии, 1955.- 304 с.

85. Дворядкина Г.К., Иванов A.C., Борисов С.А. О перераспределении примесей в мелких частицах за счет восходящей диффузии // Физика металлов и металловедение. -1980.- №3.- С.633-634.

86. Процессы сращивания в порошковых горячештампованных материалах на основе железа. Сообщения 1-3 / Б.Ю. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, Ю.Н.Иващенко и др. // Порошковая металлургия. 1988. - № 6. - С. 27-32; № 7. - С. 53-56; № 8.- С. 36-40.

87. Процессы сращивания в порошковой металлургии / В.Ю. Дорофеев, И.А. Кособоков, В.И. Лозовой и др.//Новочерк. политехи. ин-т. Новочеркасск.-1990.-88 с. ,

88. Иванова B.C. Разрушение металлов М.: Металлургия, 1979.-168 с.

89. Литвинова Т.А. Получение высокоплотного материала методом электроконтактного уплотнения/ Т. А. Литвинова // Металлург. 2009. -№ 7. - С. 67-68.