Горячедеформированные порошковые материалы системы Al-Si и Al-Si-C для гильз цилиндров ДВС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат наук Дюжечкин, Михаил Константинович

• Дюжечкин, Михаил Константинович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Дюжечкин, Михаил Константинович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Материалы на основе распыленного порошкового сплава Al-Si

1.2 Материалы Al-Si на основе смешанных многокомпонентных порошковых шихт

1.3 Порошковые материалы Al-Si на основе механически легированных шихт

1.4 Выводы, цели и задачи исследования

2 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Технологии изготовления образцов

2.2 Методики обработки экспериментальных исследований

2.3 Методики определения физико-механических свойств ГДПМ

2.4 Методики термического, рентгеновского энергодисперсионного, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ШИХТ АЛЮМИНИЙ-КРЕМНИЙ И АЛЮМИНИЙ-КРЕМНИЙ-ГРАФИТ

3.1 МХА шихты алюминий-кремний

3.2 МХА шихты алюминий-кремний-графит

3.3 Двухэтапная технология МХА шихты алюминий-кремний-графит

3.4 Выводы по главе

4 ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ХП И ГШ ЗАГОТОВОК, ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГДПМ Al-Si и Al-Si-C НА ОСНОВЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННЫХ ШИХТ

4.1 Особенности уплотнения при ХП шихт алюминий-кремний и алюминий-кремний-графит, полученных механохимической активацией в сухих и жидких средах

4.1.1 Холодное прессование шихт алюминий-кремний, полученных

механохимической активацией в сухих и жидких средах

4.1.2 Холодное прессование шихт алюминий-кремний-графит, полученных механохимической активацией в сухих и жидких средах

4.1.3 Обсуждение полученных результатов

4.2 Закономерности ГШ формовок на основе механохимически активированных шихт алюминий-кремний и алюминий-кремний-графит

4.2.1 Особенности уплотнения при ГШ формовок на основе шихт алюминий-кремний, полученных механохимической активацией в сухих и жидких средах

4.2.2 Особенности уплотнения при ГШ формовок на основе шихт алюминий-кремний-графит, полученных механохимической активацией в сухих и жидких средах

4.2.3 Закономерности уплотнения и деформации в процессе горячей штамповки формовок на основе шихт алюминий-кремний-графит, полученных механохимической активацией в жидких средах

4.2.4 Обсуждение полученных результатов

4.3 Структура и свойства ГДПМ на основе шихт алюминий-кремний и алюминий-кремний-графит

4.4 Выводы по главе

5 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ОПЫТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА

5.1 Обсуждение полученных результатов

5.2 Разработка опытной технологии получения порошкового материала гильзы цилиндра ДВС

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГДПМ — горячедеформированный порошковый материал;

ГШ-горячая штамповка;

ХП - холодное прессование;

ВЭМ - высокоэнергетическая мельница;

МХА - механохимическая активация;

Рхп - давление холодного прессования, МПа;

Рхп - плотность формовки, г/см;

(10 - средний размер частиц шихты, обработанной в ВЭМ, мкм;

с!] - средний размер частиц после ручной обработки шихты в ступе, мкм;

ПАТ - показатель агломерации;

ДЯЮ - остаток шихты на ьм сите после обработки порошковой шихты в ВЭМ, % мае.;

ДР-а - остаток шихты на ьм сите после ручной обработки шихты в ступе, % мае.; тн - время нагрева, кс;

0хп - относительная плотность холоднопрессованной заготовки; бгш - относительная плотность горячедеформированного материала.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Горячедеформированные порошковые материалы системы Al-Si и Al-Si-C для гильз цилиндров ДВС»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Увеличение эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) путем форсирования предполагает повышение механических и тепловых нагрузок на детали двигателей. Для решения актуальной задачи обеспечения оптимального сочетания свойств материалов цилиндров ДВС могут быть использованы технологии получения горячедеформированных порошковых материалов (ГДПМ) системы Al-Si и Al-Si-C, обеспечивающие повышенную износостойкость и интенсивность отвода теплоты. При изготовлении гильз цилиндров ДВС используются технологии горячего компактирования хо-лоднопрессованпых заготовок на основе распыленных порошков сплава Al-Si. Применение струйного компактирования сплава Al-Si позволяет сократить количество операций и обеспечивает формирование мелкодисперсной структуры с равномерно распределенными частицами кремния. Недостатком данных технологий является необходимость создания защитных сред в процессе консолидации порошкового материала.

Проведенные исследования показали, что при спекании гидрохимически легированного оксидом бора В203 порошка на основе алюминия обеспечивается предотвращение окисления алюминия и активация процессов спекания в атмосфере воздуха. Использование механохимической активации (МХА) в жидкой среде насыщенного водного раствора борной кислоты (НВРБК) шихты на основе алюминия приводит к формированию поверхностных слоев на порошковых частицах, препятствующих окислению Al при нагреве в воздушной среде и способствующих активации процесса уплотнения при горячей штамповке заготовок.

Для получения порошкового материала системы Al-Si с мелкодисперсной структурой используют механическое легирование в атмосфере азота и аргона. Проблему налипания Al к стенкам кюветы в процессе механического легирования шихты алюминий-кремний устраняют применением жидкой размольной среды спирта. Одним из перспективных способов обработки исходного материала для получения ГДПМ на основе Al является мехапохимическая активация в среде водного раствора борной кислоты многокомпонентной шихты, в процессе кото-

рой формируются агломераты, характеризующиеся равномерным распределением включений по их объемам.

Отсутствие исследований закономерностей диспергирования-агломерации порошковой шихты алюминий-кремний и алюминий-кремний-графит в высокоэнергетической мельнице в сухих и жидких средах, а также уплотнения пористых заготовок при холодном формовании и горячей штамповке (ГШ), формирования структуры и свойств ГДПМ определяет актуальность и новизну темы диссертации, что свидетельствует о необходимости проведения специальных исследований.

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и технология материалов» Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова в рамках государственного задания на проведение НИР, проект № 7.3767.2011 «Теоретические и технологические основы разработки энергоэффективных способов получения порошковых и композиционных функциональных материалов».

Цель и задачи исследования. Целыо работы является установление закономерностей влияния среды МХА на процессы диспергирования-агломерации, холодного прессования, горячей штамповки, формирования структуры, обеспечивающей повышенные физические и механические свойства ГДПМ Al-Si и Al-Si-C.

Для достижения указанной цели были поставлены и решались следующие задачи:

- установить закономерности диспергирования-агломерации в процессе МХА в ВЭМ шихт алюминий-кремний и алюминий-кремний-графит при использовании в качестве сред НВРБК, спирт, спиртовой раствор борной кислоты;

- выявить особенности уплотнения при холодном прессовании (ХП) и ГШ заготовок, формирования структуры и свойств ГДПМ системы Al-Si и Al-Si-C на основе механохимически активированных шихт;

- усовершенствовать технологию получения ГДПМ Al-Si и Al-Si-C с повышенными физическими и механическими свойствами на основе механохимически активированных порошковых шихт.

Научная новизна. 1. Установлено наследственное влияние изменения вида модальности распределения по размерам агломерированных частиц шихты, меха-нохимически активированной в жидких средах, па процессы уплотнения и разуплотнения формовок при ГШ, обеспечивающее возможность получения ГДПМ системы Al-Si-C с повышенными физическими и механическими свойствами.

2. Выявлено протекание экзотермических реакций, в отличие от известных аналогов, между компонентами шихты алюминий-кремний-графит, механохими-чески активированной в НВРБК, и пониженная интенсивность окисления при ее нагреве в воздушной атмосфере за счет формирования защитных пленок.

3. Выявлено наличие твердого раствора Alo^Sio.i, разлагающегося при нагреве и формирующегося, в отличие от закалки сплава Al-Si, в процессе МХА в среде НВРБК шихт алюминий-кремний-графит.

4. Установлена отличительная особенность влияния МХА шихты в жидкой среде НВРБК, заключающаяся в достижении повышенных значений твердости ГДПМ системы Al-Si-C, по сравнению с известными аналогами получения ГДПМ на основе Al, при активации процессов горячего доуплотнения.

5. Установлено наследование структуры агломератов, формирующейся в процессе МХА шихты алюминий-кремний-графит, горячедеформированным материалом, характеризующимся мелкодисперсной структурой, которая содержит бескислородные фазы (10-50 мкм) на основе Si и Al (0,95-2,35 % мае.).

Практическая значимость работы. На основе проведенных исследований влияния технологических факторов на закономерности механической обработки в ВЭМ, уплотнения при холодном прессовании и горячей штамповке, а также формирования структуры и свойств разработана технология получения горячедефор-мированного порошкового материала с мелкодисперсной структурой, обеспечивающей повышенные значения предела прочности на срез 220 МПа, твердости 440 HV, включающая двухэтапную МХА, заключающуюся в предварительной обработке шихты алюминий-кремний (18 %мас.) в течение 3,6 кс при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте 20 %мас. с последу-

ющим введением в шихту графита 2,8 %мае. и их совместную обработку в течение 1,8 кс в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров 10 мм, соотношение масс шаров и шихты 10:1) при частоте вращения ротора 290мин_1, формование заготовки давлением 310 МПа, нагрев в воздушной атмосфере (650

0 3

С, 0,12 кс), ГШ с приведенной работой уплотнения 70МДж/м .

Практические результаты диссертационной работы рекомендуются для использования научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями, осуществляющим разработку, изготовление и внедрение технологий изготовления гильз цилиндров ДВС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись современные методы исследований и оборудование. Синхронный термический анализ на приборе STA 449 Jupiter проводился в окислительной (воздушной) и инертной (Не) среде. Образцы нагревалась со скоростью 20 К/мин до 800 °С. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводился на дифрактометре «ДРОН-7» при медном излучении. Для изучения микроструктурных особенности образцов и проведения рентгенофлуоресцентного микроанализа применялся аналитической комплекс на базе растрового электронного микроскопа VEGA II LMU. Механические свойства ГДПМ определяли при испытаниях на срез тср цилиндрических образцов, твердости Виккерсу (нагрузка F=98,07 H с выдержкой 10 с) и микротвердости HV. Результаты, представленные в диссертации, не противоречат экспериментальным и теоретическим данным других исследователей, опубликованным в открытой печати.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

• технология получения ГДПМ с мелкодисперсной структурой и повышенными механическими свойствами, включающая МХА в НВРБК шихты алюминий-кремний (18 % мае.), обеспечивающую плакирование частиц размягченным слоем В203, препятствующим окислению, формование заготовки, кратковременный нагрев в воздушной атмосфере и ГШ;

• протекание конкурирующих процессов диспергирования-агломерации в течение МХА, обеспечивающих формирование агломерированных частиц шихт

алюминий-кремний, характеризующихся одномодальным и бимодальным распределением по размерам;

• смещение динамического равновесия конкурирующих процессов диспергирования-агломерации при переходе механохимической активировации шихт алюминий-кремний от сухих к жидким средам в сторону разрушения исходных частиц алюминия, кремния и агломератов на их основе за счет эффекта абсорбционного понижения прочности;

• наследственное влияние МХА в среде НВРБК шихт алюминий-кремний на процессы формования заготовок и формирования структуры ГДПМ Al-Si, заключающееся в достижении пониженных значений относительной плотности в процессе ХП и активации процессов горячего доуплотнения за счет снижения сдвиговой вязкости В203, плакирующего частицы, обеспечивающее повышенные значения относительной плотности, предела прочности на срез и твердости.

Степень достоверности и апробация результатов. Представленные в работе экспериментальные исследования были проведены с использованием современных и апробированных методик на высокоточных приборах и установках. Результаты, представленные в диссертации, не противоречат экспериментальным и теоретическим данным других исследователей, опубликованным в открытой печати.

Основные положения и результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических и исследовательских конференциях, проводимых в ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова: региональная научно-техническая конференция «Студенческая научная весна» (2010-2013); 60-я научно - техническая конференция (2011); XII международная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (2012); международная конференция «Академические фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций» (2012), а также на шестой международной школе «Физическое материаловедение» г. Новочеркасск (2013 г.).

1 АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Современные отрасли промышленности, такие как двигателестроение, авиастроение, космическая техника, приборостроение, нуждаются в создании материалов, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками, в том числе износостойкостью, размерной стабильностью в сочетании с низкими значениями плотности и коэффициента теплового расширения [1].

Сплавы системы Al-Si обладают повышенной износостойкостью за счет упрочнения кремнием. Повышенное содержание Si в заэвтектических сплавах, полученных традиционным для металлургам литьем с низкой скоростью охлаждения, способствует снижению механических свойств материала, вследствие огрубления первичного Si.

Технологии получения порошкового материала системы Al-Si спеканием (таблица А.1), горячим прессованием (таблица Б.1) и горячим выдавливанием (таблица В.1) на основе распыленных с высокой скоростью охлаждения расплавов [2] обеспечивают повышение дисперсности кристаллов Si, определяющих физические и механические свойства материала. Смешиванием (таблица Г.1) добиваются равномерного распределения компонентов шихты [3], а механическим (таблица А.1) легированием порошков алюминия и кремния формируют мелкодисперсную структуру материала частиц, наследуемой при дальнейших операциях [4].

Порошковые материалы системы Al-Si и Al-Si-C являются востребованными для высоконагруженных элементов конструкций за счет повышенных механических свойств, износостойкости и низкого коэффициента теплового расширения. Определяющее значение на механические свойства порошкового материала системы Al-Si оказывают объемная доля и размеры частиц Si. Предел прочности при растяжении увеличивается с уменьшением размеров частиц Si [1].

1.1 Материал на основе распыленного порошкового сплава Al-Si

Распыление порошков многокомпонентных сплавов позволяет получить аморфную мелкодисперсную структуру, характеризующуюся равномерным хи-

мическим составом при содержании легирующих компонентов выше их предела растворимости при комнатной температуре [2].

В работе [5] проведен сравнительный анализ технологии литья алюминиевых сплавов, спекания и горячей экструзии порошковых заготовок, полученных распылением водой. В качестве исходного материала использовали распыленный водой порошок (100-500 мкм) сплава (% мае.): 16 Si, 2 Fe, 1 Cu, 2 Mg, 1 Ni (рисунок 1.1).

Формование цилиндрической заготовки осуществляли путем холодного прессования давлением 400 МПа с последующим спеканием (350-500 °С, 0,36-20,4кс). В процессе спекания при 350 °С и 400 °С происходил рост размеров частиц Si с 0,02 мкм до 0,3 и 0,5 мкм, после чего рост прекращался. При температуре спекания 500 °С достигался непрерывный рост.

Одновременно при нагреве, с увеличением размеров частиц Si, увеличивалась объемная доля кремния. Рентгенофазовый анализ [5] показал, что, вследствие быстрого охлаждения, при распылении часть Si находилась в твердом растворе а-А1 и выделялась при нагреве в процессе спекания. Увеличение объемной доли Si способствовала приведению системы к равновесному состоянию при температурах спекания 400 и 500 °С. Выделение Si из перенасыщенного раствора влияло на твердость. Изначальная твердость спеченного порошкового материала составляла 250 HV и интенсивно уменьшалась в процессе спекания в течение первых 2 кс.

Другая часть заготовок подвергалась экструзии (400-580 °С, V=0,9 мм/с) для получения цилиндрических образцов. Увеличение температуры экструзии приводило к повышению размера и объемного содержания частиц Si, а со снижением

Рисунок 1.1 - Распыленный водой порошок Al сплава [5]

температуры экструзии повышалась твердость с 120 до 160 HV и предел прочности при растяжении (св) с 330 до 470 МПа.

Прочность при комнатной температуре грячедеформированного порошкового материала (ГДПМ) системы Al-Si обеспечивается благодаря структуре с равномерно распределенными выделившимися частицами Si. Форма частиц Si была близка к сферической (рисунок 1.2), которая является наиболее предпочтительной для предотвращения образования трещин под действием напряжений.

Параллельно с получением порошковых заготовок, для сравнения технологий, отливали образцы из аналогичного по химическому составу расплава. Нагретый до 700 °С сплав Al-Si разливали в три разные формы при скорости охлаждения 10~'-10z К/с. Размер первичных частиц Si, наблюдаемый в литых заготовках, изменялся от 300 до 150 мкм, в то время как размеры эвтектического Si варьировались от 7 до 1мкм.

Согласно механизму дисперсного упрочнения Орована [5], напряжение обратно пропорционально среднему межчастичному расстоянию /, которое описывается формулой

/ = (27г/3/)1/2 - г

>

где -/объемное содержание второй фазы, г средний радиус частиц.

Прочность, согласно расчетам, пропорциональна соотношению 1И или выражению í т" . На рисунке 1.3 показана экспериментально установленная зависимость значений HV и св от соотношения 1/1 для ГДПМ и материала литых образцов. Значения HV и <тв линейно возрастали с увеличением соотношения 1//, что согласуется с механизмом дисперсного упрочнения.

Рисунок 1.2 - Изображение структуры спеченного материала, полученное просвечивающим электронным микроскопом [5]

1 //. МКМ"1

Рисунок 1.3 - Влияние межчастичного расстояния на предел прочности на растяжение (а) и твердость (б) материала системы Al-Si (•-компактный материал, О-ГДПМ) [5]

Влияние размера частиц на структуру и свойства ГДПМ рассмотрено в работе [6]. Получение порошков осуществлялось распылением в среде азота А1 сплава, содержащего 81 20% мае. с последующим рассевом на фракции 45-106 мкм и менее 26 мкм. Исследования частиц размером менее 26мкм на растровом электронном микроскопе выявили сферическую форму с гладкой поверхностью и структуру, включающую трудноразличимые кристаллы эвтектического и первичного (рисунок 1.4 а, б). Структура частиц размером 45-106 мкм включала кристаллы первичного кремния, выделяющегося на фоне эвтектики

(рисунок 1.4 в). Проведенный рентгено-фазовый анализ выявил отсутствие содержания нитридных фаз. Оценка влияния содержания Ре производилась путем применения распыленного порошка А1 сплава, содержащего 81 20 % мае. и Ре 3-5 % мае. (таблица 1.1), размером 60-120 мкм.

Рисунок 1.4 - Изображение (а) частиц порошка и (б) микроструктуры частиц размером менее 26 мкм, (в) микроструктуры частиц порошка размером

45-106 мкм [6]

Холодным прессованием порошков достигалась относительная плотность 0,7. Формовку дегазировали (3,6 кс, 400 °С и 0,13 Па) и экс-трудировали со скоростью экструзии 2,5 м/с при температуре 400 °С и коэффициенте вытяжки 25/1. В процессе горячей экструзии формовок мелкой фракции формировался мелкодисперсный материал с однородной структурой (рисунок 1.5 а). Размеры равномерно распределенных кристаллов первичного и эвтектического варьировались от 100 до 200 нм. В случае применения более крупного порошка, структура ГДПМ включала частицы первичного кремния, отличающиеся повышенными размерами (рисунок 1.5 б).

Таблица 1.1 -Механические свойства порошкового ГДПМ системы Al-Si [6]

Состав, % мае. d, мкм ов, МПа 5,%

A1-20SÍ 45-106 230 9

A1-20SÍ <26 322 8,5

Al-20Si-3Fe 60-120 301 8,4

Al-20Si-5Fe 60-120 359 4,3

Extrusion direction

Рисунок 1.5 - Изображения в растровом электронном микроскопе микроструктуры ГДПМ системы Al-Si на основе порошков с размером частиц (а) менее

26 мкм и (б) 45-106 мкм [6]

Исследование ГДПМ системы Al-Si на основе порошков размером менее 26 мкм при большом увеличении с помощью просвечивающего электронного микроскопа выявило неоднородность микроструктуры. Размеры зерен а-Al колебались от 150 до 600 нм, первичного и эвтектического Si от 100 до 200 нм. Варьирование размеров частиц Si вызвано использованием частиц порошка различных размеров.

Результаты исследований прочности и относительного удлинения (5) в направлении экструзии при комнатной температуре (таблица 1.1) показали, что с увеличением содержания Fe и использованием порошка с размером частиц менее 26 мкм повышается прочность ГДПМ. При содержании Fe 5 % мае. в сплаве достигается повышенная прочность (св =359 МПа) в сочетании с низким значением относительного удлинения (5=4,3 %). Повышенный предел прочности при растяжении ГДПМ системы Al-Si может быть обеспечен путем управления размерами зерен Si.

Исследование поверхности разрушения ГДПМ на основе порошка с размером частиц менее 26 мкм (рисунок 1.6) выявило повышенное количество межчастичных связей по сравнению с материалом из порошка с повышенными размерами частиц 45-106 мкм. При меньшем увеличении видно хрупкое разрушение Si и наличие трещин, обозначенных стрелками. Особенностью механизма разрушения ГДПМ на основе порошка с размером частиц менее 26 мкм является образование трещин, проходящих по границам первичного и вторичного Si (рисунок 1.7 а). Трещины ГДПМ на основе порошка с размером частиц 45-106 мкм распространяются непосредственно через первичные и огибают вторичные кристаллы Si. Крупные частицы Si повышают вероятность трещинообразования и снижают прочность ГДПМ.

Рисунок 1.6 - Изображения излома ГДПМ системы Al-Si на основе порошка с размером частиц (а) менее 26 мкм и (б,в) частиц порошка размером 45-106 мкм [6]

трещина

первичный Я збтешически0

трещина

У

эвтектический 5/

первичный 5/

а) б)

Рисунок 1.7 - Схематичное изображение механизма разрушения ГДПМ на основе порошков размером (а) 26 мкм и (б) 45-106 мкм [6]

Ь - ширина канавки износа

В-3 мп

образе и после испытания Рисунок 1.8 - Схема испытания на износостойкость [6]

Испытание на износостойкость ГДПМ проводили по схеме вал-плоскость (рисунок 1.8). Контртело твердостью 63 НЯС, выполненное в виде кольца с внешним радиусом г=15 мм, высотой В=3 мм, вращалось со скоростью У=0,62-3,53 м/с при нагрузке р=21 Н до достижения дистанции 1=100 м. Для определения износостойкости использовали удельный износ, определяемый по формуле

= »1, 1 8 гр1

где - Ь ширина канавки износа.

Испытания на износостойкость показали, что ГДПМ на основе порошка из

сплава А120815Ге, характеризующегося структурой с мелкодисперсными включениями первичного 81 и интерметаллидов системы А1-Ге-81, обладает повышенной износостойкостью на всей области изменения скорости скольжения, в связи с высокими прочностными свойствами.

При скорости скольжения 1,65 м/с на поверхности ГДПМ на основе порошка с размером частиц менее 26 мкм формировался деформированный слой (рисунок 1.9 а), при 2,38 м/с толщина слоя повышалась и формировались трещины между деформированными и недеформированными слоями (рисунок 1.96). Дальнейшее увеличение скорости скольжения до 3,53 м/с (рисунок 1.9 в,г) привело к

растрескиванию деформированного слоя за счет наклепа.

Механизм износа можно представить в виде цикла. Формируется деформированный слой, появляются трещины между слоями и позднее в деформированном слое. Деформированный слой удаляется и начинается рост свежего деформированного слоя под поверхностью износа.

Для исследования влияния содержания и размера частиц Si на физические и механические свойства ГДПМ системы Al-Si [7], получали порошки из сплава Al-Si (10-25 %мас.) со средним размером 48 мкм воздушным распылением. Прессовали порошки до достижения относительной плотности 0,78-0,8, полученные заготовки нагревали до температуры 480 °С в течение 0,3 кс в среде азота и в матрице проводили горячую штамповку (р=764МПа). Горячедеформированный порошковый материал обладал относительной плотностью более 0,99. Часть заготовок нагревали до 550 °С в течение 0,36 кс в среде водорода для укрупнения частиц Si.

Плотность ГДПМ, до и после термообработки (рисунок 1.10), снижалась при увеличении содержания Si. Предел прочности на растяжение ГДПМ (рисунок 10) увеличивался пропорционально содержанию частиц Si, а термообработанных образцов оставался в пределах 210-220 МПа.

Рисунок 1.9 - Поверхностный слой трения ГДПМ на основе порошка с размером частиц менее 26 мкм при скорости скольжения (а) 1.65 м/с, (б) 2.38 м/с, (в) и (г) 3.53 м/с [6]

р, МПа 2,75 2,70 2,65 2,60

ов, МПа 320

280 240

200

1 - горячедеформированные образцы; 2 - термообработанные образцы;

Рисунок 1.10- Влияние содержания кремния и нагрева на механические свойства порошкового материала Al-Si [7]

Для исследования влияния химического и фракционного составов шихты [8] на особенности формирования спеченных и горячедеформированных материалов системы Al-Si, использовали распыленные порошки. Получение спеченных заготовок осуществлялось прессованием с давлением 600 МПа, предварительным нагревом полученных формовок в среде азота при 400 °С в течение 3,6 кс и спеканием при 540-640 °С в течение 3,6 кс. Горячее прессование порошков проводили давлением 100 МПа при 450 °С в течение 0,9 кс. Горячая экструзия осуществлялась с использованием холоднопрессованных формовок (0хп=0,8-0,85).

Средний размер частиц порошков варьировался в зависимости от динамического давления диспергирующей струи и химического состава (таблица 1.2). При давлении 2 МПа средний размер (рисунок 1.11) частиц шихты составлял 145160 мкм, увеличение давления до 3 МПа приводило к уменьшению среднего размера частиц до 80-110 мкм.

Таблица 1.2 -Химический состав алюминиевого сплава Al-Si [8]

Частицы распыленных порошков имели дендритную тонкодисперсную структуру, первичные частицы 81 размером 810 мкм и характеризовались грубой поверхностью, причем распылением в среде азота достигалась форма, близкая к сферической (рисунок 1.12 а). Применение смеси азота с кислородом обеспечивало неправильную форму частиц (рисунок 1.12 б) с повышенным содержанием кислорода.

№ шихты Хим. состав, %мас.

Si Cu Fe Ni Mg Mn Al

1 20 3,5 5,5 - 1,2 0,5 ост.

2 20 3,5 - 7,5 1,2 0,5 ост.

3 20 3,5 5 2,5 1,2 0,5 ост.

4 20 - 5.5 - 1,2 0,5 ост.

d, мкм

160 120 80 40

0

№1 №2 №3 №4

Рисунок 1.11- Средний диаметр распыленных порошков Al-Si

при разных давлениях ( ■ 2 МПа D 3 МПа) [8]

Рисунок 1.12- Структура частиц порошков, распыленных а) азотом и б) смесью 80 % азота с 20% кислородом [8]

Плотность спеченного материала (рисунок 1.13) на основе распыленного порошка из сплава №4 (таблица 1.3), повышалась с увеличением температуры спекания. Использование выделенных фракций менее 152 мкм и 75 мкм из распыленного порошка значительно повысило плотность спеченного материала при температурах спекания 580 °С и 600 °С. Твердость спеченных образцов возрастала с увеличением времени спекания и достигла максимума 50-60 HRB при спекании в течение 1,2 кс.

9сп

0,95 0,93 0,91 0,89

540 560 580 600 620 tcn, °С 1 - распыленный порошок; 2 - распыленный порошок (<150 мкм); 3 - распыленный порошок (<75 мкм); Рисунок 1.13 - Зависимость относительной плотности спеченного материала (0СП), на основе шихты №4, от температуры спекания (tcn) и

фракционного состава [8]

Таблица 1.3 -Характеристики горячедеформированных алюминиевых сплавов __A1-SÍÍ8] _

Хим. размер Si, 0 HRB \ 10"

состав мкм МПа 6/К

№1 5-8 99 93,2 478 16

№2 8-15 98 82,9 452 16

№3 5-10 97 93,2 474 15

№4 5-8 96 84,6 415 16

Повышенная твердость 93,2 HRB (таблица 1.3) в процессе горячего прессования

шихты из сплава Al-Si, полученного по технологии Т1 (таблица 1.3), достигалась благодаря

легированию Fe.

Использование шихты из сплава №2 (таблица 1.3), легированого Ni приводит к снижению твердости ГДПМ до 82.9 HRB. Пониженные значения твердости 84.6HRB при использовании шихты из сплава №4 (таблица 1.3) свидетельствовали о значимости влияния Си. Предел прочности на растяжение изменялся аналогично твердости в зависимости от содержания химических элементов.

Экструдированные образцы на основе шихт из сплавов №1 и №2 обладали относительной плотностью более 0,98, и пониженными значениями твердости (78 HRB и 71 HRB, соответственно), в сравнении с горячепрессованными образцами. Использование выделенных фракций менее 150 мкм обеспечило достижение повышенных значений твердости экструдированных образцов до 91 HRB и 85 HRB. Структура экструдированного материала содержала первичные частицы Si, ориентированные в направлении экструзии, и эвтектические частицы Si, измельченные с 5-8 мкм до 2-3 мкм,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дюжечкин, Михаил Константинович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / В.Г. Гопиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин / Под ред. М.Е. Смагорииского. -М.: Металлургия, 1993. - 320 с.

2. Процессы порошковой металлургии. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: курс лекций / Е.Н. Осокин, О.А. Артемьева. - Электрон, дан. (5 Мб). — Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - (Процессы порошковой металлургии: УМКД № 63-2007 / рук. творч. коллектива Е. Н. Осокин).

3. Пат. 02122043 Яп., МПК5 С 22 С 21/02. Al-Si alloy having heat resistance, wear resistance, and high toughness and cylinder liner using same [Текст] / Hagiwara Yoshitoshi; заявитель и патентообладатель Sumitomo Electric Ind., Ltd., Honda Motor Co., Ltd. - № 63-273349; заявл. 31.10.88; опубл. 05.09.90.

4. Пат. 2353689 Российская Федерация, МПК С22С1/05, С22С21/02. Порошковый композиционный материал и способ его получения [Текст] / В.Н. Миро-ненко, С.Ю. Петрович, В.П. Черепанов, С.А Окунев, В.В. Васенев.- № 2006140244/02; заявл. 15.11.2006; опубл. 20.05.2008.

5. Dispersion Strengthening in a Hypereutectic Al-Si Alloy Prepared by Extrusion of Rapidly Solidified Powder / Matsuura, Kiyotaka;Suzuki, Kazuhiro;Ohmi, Ta-tsuya;Kudoh, Masayuki // Metallurgical and Materials Transactions. - 2004. - № 1. - C. 333-339.

6. Mechanical Properties and Fracture Behavior of an Ultrafme-Grained Al-20 Wt Pet Si Alloy / Soon-Jik Hong, Suryanarayana // Metallurgical and Materials Transactions. - 2005. - № 3. - C. 715-723.

7. Effects of content and particle size of Si crystal on damping property of powder forged Al-Si alloy / Kondoh, K;Takeda, Y // Powder Metallurgy. - 2000. - № 3. - C. 275-280.

8. Consolidation and Mechanical Properties of Gas Atomized Al-Si Powder / Y.J. Kiml, J.C. Kim and J.H. Ahn // Euro PM2005 PM Aluminium Alloys. - 2005. - C. 225230.

9.МПК В 22 F 3/24, F 02 F 1/00 Способ изготовления гильзы цилиндра

[Текст] / Ямамото Дзюнъити (Япония); заявка 63-9901 Япония; заявитель Мацуда К.К. - № 61 - 222182; заявл. 22.09.86; опубл. 09.04.88.

10. Hayashi Т. Development of Aluminum Powder Metallurgy Composites for Cylinder Liner [Текст] / Т. Hayashi, К. Azetsu // Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metal. - 2001. - № 5. - C. 426-431.

11. Пат. 2010174374 (А) Япония, МПК С 22 С 1/04. Cylinder liner of engine, method for producing the same, and cylinder block of engine [Текст] / Adachi Shuhei [и др.];заявитель YAMAHA MOTOR CO LTD [и др.]; № 20100009946 20100120; заявл. 20.1.10; опубл. 12.08.10.

12. Облегченный материал на базе алюминия [Электронный ресурс]: Leichte Motorkomponenten aus Dispal. ATZ: Automobiltechn. Z- 2005. Прил Werkst. Automobilbau.- c. 8. Доступ из электронной версии Реферативного журнала ВИНИТИ.

13. Пат. 6096143 США, МПК7 С 22 С 21/16. Cylinder liner of a hypereutectic aluminum/silicon alloy for use in a crankcase of a reciprocating piston engine and process for producing such a cylinder liner [Текст] / Rueckert Franz, Stocker Peter [и др.]; заявитель и патентообладатель Daimler Chrysler AG. - № 08/967944; заявл. 12.10.97; опубл. 01.08.00.

14. Дюжечкин М.К. Анализ технологий получения порошковых гильз цилиндров ДВС // Студенческая научная весна - 2010 : материалы регион, науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых Рост. обл. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2010. - С. 131-132.

15. Фолкер Лахенихт Струйное компактирование - перспективный процесс производства сталей и сплавов повышенного качества / Фолкер Лахенихт; Герхард Шарф, Дитмар Зебровски, Александр Шалимов // МЕТАЛЛУРГ. - 2010. -№ 10. - С. 36-43.

16. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: учебник для вузов / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. / Под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

17. Пат. 2175682 Российская Федерация, МПК7 С22С21/02, С22С1/04. Порошковый композиционный материал па основе алюминия и способ его получе-

ния [Текст] / Ю.В. Шмаков, М.В. Зенина, Б.В. Головчанский, М.И. Ведерникова, К.А. Андрианов.-№2000123141/02; заявл. 07.09.2000; опубл. 10.11.2001."

18. Пат. 4959276 США, МПК5 С 22 С 21/02. Heat-resistant, wear-resistant and high-strength Al-Si alloy, and cylinder liner employing same [Текст] / Hagiwara Yoshi-toshi [и др.]; заявитель и патентообладатель Sumitomo Electric Ind., Ltd., Honda Motor Co., Ltd. - № 63-273349; заявл. 31.10.89; опубл. 25.09.90.

19. Пат. 2394928 Российская Федерация, МПК5 С22С1/04, С22С21/02. Способ получения порошкового композиционного материала [Текст] / В.Н. Миронен-ко, В.Н. Бугрим, В.В. Васенев, С.Ю. Петрович, В.П. Черепанов. - № 2009132797/02; заявл. 02.09.2009; опубл. 20.07.2010.

20. Metastable phase formation during mechanical alloying of Al-Ge and Al-Si alloys. / Chattopadhyay K., Wang X.-M., Aoki K. et al. // J. of Alloys a. Compounds. -1996. - Vol. 232, № 1-2. - C. 224-231.

21. Malchere A., Gaffet E. Mechanosynthesis structural study of the ternary system Al-Si-C. //J. de Physique. Sec. 1Y. - 1994. - Vol. 4 (СЗ). -P. C3/251-C3/256.

22. SA Lisboa R.D., Perdigao M.N.R.V., Kiminami C.S. et al. Phase evolution and microstructural characterisation of high-energy ball milled Al-Si-Fe-Ni alloys // Materials Science Forum. - 2002. - Vol. 386/388. - P. 59-64. CA v. 136, N 282696.

23. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергееико C.H. Горячедеформирован-ные порошковые материалы на основе механически легированных шихт А1-С // Физика и химия обработки материалов, 2003. - №3. - С.64-72.

24. Федосеева М.А., Слабкий Д.В., Волхонский А.А., Сергеенко С.Н. Горя-чедеформированпые материалы на основе механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 [Текст] // Вестник Череповецкого государственного университета, 2012. - №3. - С. 20-25.

25. С1 2234393 RU. Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов. 20.08.2004.

26. Дорофеев Ю.Г., Безбородов Е.Н., Сергеенко С.Н. Разработка опытной технологии динамического горячего прессования порошкового поршня на основе алюминия с добавками механохимически активированного "стружкового" порош-

ка Д-16,- Новочеркасск, 2003.- 33 с. Деп. в ВИНИТИ 24.01.2003 г., №158-В2003.

27. Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. - 75(3). - 2006. - С. 203-218.

28. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергеенко С.Н. Горячедеформирован-ные порошковые материалы на основе механохимически активированных порошков алюминия // Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения: Материалы Междунар. науч.-техн. конф,- Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2002. - С. 117-120.

29. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергеенко С.Н. Горячедеформировап-ные порошковые материалы на основе механохимически активированной стружки сплава Д-16 // Цветные металлы.- 2003. -№ 1. - С. 81-85.

30. Гончарова О.Н. Инфильтрованные материалы на основе механически активированных в жидких средах порошковых шихт Fe-Ni / О.Н. Гончарова, С.Н. Сергеенко // Вестник МГТУ им. Г.И. Р1осова. - 2012. - № 1. - С. 98-101.

31. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергеенко С.Н. Разработка технологии получения горячедеформированного порошкового материала на основе механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 // Материаловедение. - 2002. - № 9. - С. 40-45.

32. Dorofeev Yu.G. Hot-strained powder materials on the base of mechanically alloyed AL-C mixture / Yu.G. Dorofeev, E.N. Bezborodov, S.N. Sergeenko // Физика и химия обработки материалов,- 2003. - N 3. - Р. 64-72.

33. Черноиванов A.B. Многокритериальная оптимизация (МКО) порошковых горячештампованпых материалов Al-C / М.К. Дюжечкин, Сергеенко С.Н. // Студенческая научная весна - 2013 : материалы регион, науч.-техн. конф. (конкурса науч.-техн. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Рост, обл., 25-26 апр. 2013 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2013.-С. 213-214.

34. Дюжечкин М.К. Особенности формирования горячедеформированного материала на основе стружки алюминиевого сплава AJI 30 // Изв. вузов. Сев,-Кавк. регион. Техн. науки - 2012. - № 4. - С. 60-62.

35. Дгожечкин M.K. Особенности формования заготовок на основе стружки алюминиевого сплава AJI 30 / A.B. Черноиванов // Студенческая научная весна -2012 : материалы регион, науч.-техн. конф. (конкурса науч.-техн. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Рост, обл., 24-25 мая 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск : ЛИК, 2012. - С. 158-159.

36. Дюжечкин М.К. Порошковый композиционный материал Al-Si для гильзы цилиндра ДВС // Моделирование. Теория, методы и средства : материалы XII Междуиар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 27 февр. 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск : ЛИК, 2012. - С. 26-29.

37. Ходаков Г.С. Физика измельчения. -М.: Наука, 1972. - 308 с.

38. Ермилов А. Г. Оценка доли запасенной при предварительной механической активации энергии с помощью рентгенографии / Порошковые материалы и покрытия / А.Г. Ермилов, В.В. Сафонов, Л.Ф. Дорошко, A.B. Колякин, Н.И. По-лушин // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. - 2002. - № З.-С. 48-53.

39. Дорофеев Ю.Г. Особенности формирования компактированного материала из механически активированной стружки алюминиевого сплава Д16 / Ю.Г. Дорофеев, E.H. Безбородов, С.Н. Сергеенко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2003. - № 2. - С. 31-33.

40. Гриценко C.B. Структура и свойства порошковых бронз, получаемых с использованием обработанных в аттриторах порошков меди и активированной стружки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.16.06 / C.B. Гриценко. - Новочеркасск, 1996. - 21 с.

41. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергеенко С.Н. Влияние кинетики ме-ханохимической активации порошков алюминия на процессы горячего доуплот-нения // Физика и химия обработки материалов. - 2002. - № 4. - С. 79-81.

42. Дорофеев Ю.Г, Сергеенко С.Н, Гриценко C.B. Структура и свойства го-рячедеформироваиных композиционных марганцовистых бронз с добавками активированных в аттриторе порошков / Обработка сплошных и слоистых материалов: Меж. вуз. сб. науч. тр. // Под редакцией Г.С. Гуна. - Магнитогорск: МГМА,

1997.-С. 214-217.

43. Федосеева М.А. Особенности влияния добавок порошка ферротитана в шихте на гранулометрический состав измельченной стружки Д-16 / М.А. Федосеева, В.Н. Пустовойт, С.Н. Сергеенко // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки. -2012.-№6.-С. 159-163.

44. Технология получения композиционного материала системы А1-А1203-В203 / Л.У. Котиева, Н.М. Иевлева, С.Д. Шляпин и др. // Цветная металлургия,-1983. - №5. -С. 25-28.

45. Введение в алюминиевый порошок упрочняющих фаз / Л.У Котиева, Н.Л Галетова, В.В. Павлова и др. // Цветная металлургия. - 1986. -№4. - С. 35-37.

46. Дорофеев Ю.Г., Безбородое Е.Н., Сергеенко С.Н. Горячедеформирован-ные порошковые материалы на основе смеси механохимически активированных "стружкового" - Д-16 и алюминиевого порошков.- Новочеркасск, 2002,- 73 с. Деп. в ВИНИТИ 06.11.2002 г., № 1910-В2002.

47. Дюжечкин М.К., Сергеенко С.Н. Особенности механохимической активации шихты Al-Si и формирования горячедеформированного порошкового материала на её основе [электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2014.- № 2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2377

48. Бутягин П.Ю. Механохимия глазами П.А. Ребиндера // Успехи коллоидной химии и физико-химической механики. -М., 1992. - С. 174-184.

49. Болдырев В.В. О кинетических факторах, определяющих специфику ме-ханохимических процессов в неорганических системах // Кинетика и катализ. -1972. - Т. 13, Вып. 6. - С. 1414-1421.

50. Chevrier J., Suck J.B. Soft Transverse Phonons in nonequilibrium fee Al:Si solid solution quenehed under high pressure // Physical review letters. - 1988. - № 5. -C.554-557

51. Effects of multiple-step thermal ageing treatment on the hardness characteristics of A356.0-type Al-Si-Mg alloy. / M. Abdulwahaba,b, I.A. Madugu, S.A. Yaro, S.B. Hassan, A.P.I. Popoola // Materials and Design. - 2011. - № 32. - С. 1159 - 1166.

52. Interfacial reactions in aluminum SiC fibre composite electric power cable us-

ing lowoxygen SiC fibre reinforcement / Y. Yasutomi, J. Sawada, K. Iwai, Y. Hase // Journal of Materials Science. - 2000. - № 18. - C. 4549 - 4555.

53. Громов Д.Г. Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Металлизация в системах с наноразмерными элементами» // М.: МИЭТ, 2011. - 204 с.

54. Сергеенко С.Н. Особенности формирования пористых заготовок на основе алюминия / М.А. Федосеева, М.К. Дюжечкин // Результаты исследований -2011 : материалы 60-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) -Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2011. - С. 265-267.

55. Дорофеев Ю.Г. Особенности уплотнения при формировании и спекании материалов на основе механохимически активированной порошковой шихты Ni-Fe / Ю.Г. Дорофеев, С.Н. Сергеенко, Р.В. Коломиец // Физика и химия обработки материалов. - 2007. - № 2. - С. 65-69.

56. Dorofeev Yu.G. Kinetics of mechano-chemical activation of aluminium-based powder charge in saturated solution of orthoboric acid / Yu.G. Dorofeev, E.N. Bezborodov, S.N. Sergeenko // Физика и химия обработки материалов, 2002. - N 3. -Р. 51-54.

57. Dorofeev Yu.G. Effect of kinetics of mechanochemical activation of A1 powders on the processes of finish hot compacting / Yu.G. Dorofeev, E.N. Bezborodov, S.N. Sergeenko // Физика и химия обработки материалов, 2002. - N 4. - Р. 79-81.

58. Дорофеев Ю.Г., Безбородов Е.Н., Сергеенко С.Н. Особенности уплотнения при формовании порошковых материалов на основе алюминия, подвергнутых механохимической активации // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн науки.- 2001.-№4.-С. 47-51.

59. Дорофеев Ю.Г., Безбородов Е.Н., Сергеенко С.Н. Особенности формирования горячедеформированных материалов на основе механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 // Технология легких сплавов.-2002.- № 2. - С. 25-28.

60. Дорофеев Ю.Г., Безбородов Е.Н., Сергеенко С.Н. Влияние дисперсности

механохимически активированных порошков алюминия на формование горя-чештампованных материалов // Материалы 50-й науч. техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ): Сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск, 2001. - С. 40-42.

61. Пат. 2234395, МПК B22F7/04, B22F5/00, B22F3/14. Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов / Ю.Г. Дорофеев, С.Н. Серге-енко, E.H. Безбородов,- Заявл. 17.12.2002; Опубл 20.08.2004.

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

63. Особенности уплотнения при ДГП порошковых материалов на основе механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 / Ю.Г. Дорофеев, E.H. Безбородов, С.Н. Сергеенко, Волхонский A.A. // Теория и практика изготовления порошковых и композиционных материалов и изделий: Сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск, 2002. - С. 4-8.

64. Дорофеев Ю.Г., Безбородов E.H., Сергеенко С.Н. Особенности уплотнения при динамическом горячем прессовании материалов на основе механохимически активированной стружки сплава Д-16 // Технология легких сплавов. - 2002.

- № 3. - С. 37-41.

65. Дорофеев Ю.Г. Горячедеформированные порошковые материалы на основе смеси механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 / Ю.Г. Дорофеев, E.H. Безбородов, С.Н. Сергеенко // Цветные металлы. - 2003.

- № 1.-С. 81-85.

66. Дюжечкин М.К. Особенности горячей штамповки заготовок на основе Al-Si // Физическое материаловедение : сб. тезисов и статей VI Междунар. школы, г. Новочеркасск, 24 июня 2013 г. / Юж.-Рос. гос. политехи, ун-т (НПИ) имени М.И. Платова - Новочеркасск : ЮРГПУ (НПИ), 2013. - С. 40-43.

67. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография / С.А. Салтыков. М.: Металлургиздат, 1970.68. Феллоуз Дж. Фрактография и атлас фрактограмм / Дж. Феллоуз. - Металлургия, 1982.-

69. Сборник научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь «НИРС, 2006» / Редкол.: А.И. Жук (пред.) [и др.]. - Минск: Изд. центр БГУ, 2007. - 375 с.

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

71. Пат. 2216434, МПК B22F3/14, B22F1/00. Способ изготовления горяче-деформированных порошковых материалов / Ю.Г. Дорофеев, С.Н. Сергеенко, E.H. Безбородов. - Заявл. 08.11.2001; Опубл 20.11.2003.

72. Дюжечкин М.К., Сергеенко С.Н. Технологии получения гильз и покрытий цилиндров ДВС (обзор).- Новочеркасск, 2012.- 78 с. Деп. в ВИНИТИ 15.10.2012 г., №403-В2012.

73. Дюжечкин М.К. Ресурсосберегающие технологии получения порошковых гильз цилиндров ДВС на основе AI (обзор) // Академические фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций : материалы Междунар. молодеж. конф., г. Новочеркасск, 4-5 окт. 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск : Лик, 2012. - С. 303-305.

74. Дюжечкин М.К. Обзор технологий получения порошковых композиционных материалов на основе алюминия для гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС ) // Студенческая научная весна - 2011 : материалы регион, науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. - С. 373.

75. A.C. 1049184 СССР. № 3464306/22-02 Способ изготовления высокоплотных спечных изделий (его варианты); заявл. 07.07.82; опубл. 23.10.83, Бюл. 39.3с

76. Двигатели ОАО "Волжские моторы" для автомобилей УАЗ и "Газель": Издательство "Атласы автомобилей, 2001

77. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебник для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. - М.: Высшая школа, 2003. - 496 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное) Технологии спекания и холодного прессования

¿п

« е--« сЬ

Н

1

§ & £

^ *г

1 ™ г. Ч -;<Л

а а

г— и

г: а

§•1 = 1 п

В 2 3

щ

о и 5 2. о Й

¡¿г

5 г«

я

В •„<■ зг «ИЗ

3 ~ А 572 е у 8.

и "с

<!

I а

II

е 3 3 5.

¡5

и $

г 8

а ч 2 V о

<5*

и «; О

Е К

•= 3 3 к

п. —• о.

а л

5 §

ы

£3

У. С.

» *

о

V

3 я

< о.

из 2

и;

^

Я1

Л

Т"

с и ч & Л у; и. Т

_ .>

Т ж ¿Й

и о

к у

Я I

П

г

£ «

4, » г«-, §

э Д

? " I I 1

К! Й 3 У <? Ч *

1 « '1 - 2 » 8

г-. у-. УЭ ^ ■

1 а

' I | |

' »1

\

а г|

2 и

Я Г^ ч

о I- -

ъ

ч. %

1 1 =

1 I I § %

* А

к

а

О

5

К о

6 ») П «п

8 Л

* а

ё к -

"2. --

2 5.

I?

£ Й

3 § 5 Я & ~

Я

2 2 = <

£

В 3

К £

3

и

с

3

%

и

л г-«

в ^

и

1—1

»с

Г-*

а

-з

С

с х

и 5

ч

о

в

и

гЛ

К

и.

4

С

ГЛ

Г»»

е>

И

с^,

Не

О £

5» а.

0 о'

§ <■ к и.

к §

а 2* И £ I й.

■>7,4

3^5 ¿3. |

2 С £

— 3 й.

- е ^ &

Л* о и

Д Бч>"

М ? 'I

- Рг. «3

В

с . .

153 за«

а'

I

11

о 1

1Л

I

Огл I

1в?1

. 'I

1 гт - "

■ 8 2 и

■ - 3-»

15 2

3

ь 86

I?

М1

4 с. с.

С ** ^

Г?,

ч — -

5-»

2 г-'

г ^ г

I

I

ц

I

•8 8

5.8

II

I 8

111 & I а

11з &

II 3 1 § 11 а

I

¡5

е

ъл Ц

8 | з а

о" и иэ м

II

э 3

V

5. «

Я 5 11

I 8

з а

а о

II &

Таблица Б.1

- Технологии получения порошкового материала Al-Si горячим прессованием

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

а) распыленный порошок Al сплава (мас.%). l7,2%Si;5,t%Cu; 1,1 %Mg. 0,4%Мг., рам«ср 251 мкм; 5) 1-7% AliOî it>2 мкм; ti}Gr 1%, d,„„»5 мкм а) распыленный порошок А( спяаиа (мае. %). 25-30%SÍ; 5-7%N¡; б)расиылсннин порошок" Al сплава (мае. %): 2()%Si; 5-7%Fe распыленный порошок AT сплава {лис-1«), ¡0,6324.43 Si; 0.75-1,09 Mjc 0,43-0.51 Fe. 0.02 Mn; распылетгай порошок Al силам (мае, %}*, 20 Su 0-3,5 Cu; 0-5,5 Fe. 0-7.5 Ni, 1,2 Mg; 0.5 Mu

1 Г i1

ОБРАБОТКА ШИХТЫ ФОРМОВАНИИ ЗАГОТОВКИ

смсшиванис в лопастной мольшщс 0 ».->=0.78-0,8 Ь=Я4 мм iJ -!5 мм

г V i >

ГОД ПМ

горячее прессование о lipyi D=S0 мм, Г= 450 "С; P=4W> Ml la горячее брикетирование, горячее прессование 1=7731С т» «0,3 Кс(в среде азота), «,"753t, горячее прессование Р=764 МПа. d=84 r„=0,9 Kc, t„=723 К. PHOO MI la, (1=16 mi и h=10 мы.

ОБРАБОТКА

VÜ.36 Кс (а среде водорода), 1=823 К

СТРУКТУРА H СВОЙСТВА

при ЛЬОг'5% к (ÍwSSQmkm - лучшая обрабатываемость (наименьший ютос инструмента) распределенные частицы Si к FeAb (NÍA13) а) «„-<220-240 МП», 6-Ор %, <у»210-230 МПа частицы Sí 0.6-2.5 мкм с„=24В-301 МПа, Сш> 0.94, )„=73,6-87,7 ГП а, р=2,6257-2,7048 г'см' частицы Si 1,5-5 мкм 90.6 ГПа, р=2,6209-2.7013 пем' 0«'•0,96-0,99 82.9-93,2 HRD о»=415-478 МПа ; 1=15-16 ГПа

ч > г г i >

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

сухие гильзы ЗЯЛ1ГШС Al сплавом (jisadc 12) (»шпика, диски к ,wtaш( компрессоров и другие летали, ряЛлтамнипе длительно при 573-773 К детали автомобилей

<г V I ' г 4

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

[33 ш M 18]

H

ГО X X о

и

о п К S

п о 43 я л

го п о

а •в

то о о о ев р

s а

о я

рз ю о л к о

CD

я

S й

О *

tu M S И

oí

Таблица B.l - Технологии горячего выдавливания порошкового материала на основе распыленных порошков Al-Si

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

j) распыленный порчею* At (.плана (млс. %), 20%Si. рамср 45-106 дам и <2Ь мкм; 0) распыленный порошоь Д[ сплава (мае. Vi): 20".Si, 3-5%Ре, pajMep «VI20 мкм;

распыленный порошок Al craiand (мае, %)' !6%Si: 2íIiFe; l%Cu; 21 аир, l*/«Ni. размер lflfl-500 m-м

pacnuaemiutl порошок Л! un jiu (иле. %). 20'»Si, 0-3.5% Cu: 0,0-5,5« Fe, 0-7.5% Mí;) ,2% Mg; 0.5'-;. Mn

I

распиленный порошок Al-Sí (25 % час,) pajwcp 100-150 мкм;

ОБРАБОТКА ШИХТЫ

aeraumis: P-O.U7 Mfla; t 673 K: t-1,6 Kc

рэснылснниК Порошок Al пиана (m<ic. "A): (1 WÍSir 4*:.Fc; З.ЛХ-и: 1.04Mj'. 0,4%Mn). jiantep I52m'km

ФОРМОВАНИИ ЗАГОТОВКИ

е.,-о,"

т

ОБРАБОТКА ФОРМОВКИ

легазашигг=3,6 Кс. (=673 К. Р=0,Ш fia

3

Р.,-ЯМ МПо. D=?t M\t.h=40 чш, 250 HV

-0,Х-0,85, <1=99 мм н h=IOí>MM

а) р„=200 МПа, размеры заготовки <Н(>5 мм. ЪЧЗООмм

б) jtmitoew заготовка втрубу Mí Al епл ша {2,5% "мд; 0,1 "i Си; Ó,l?i Aln; U,4% Fe. 0.2% C'í) с рлмерими D=1S0 MU. d'l 70 uu. h-."!00 uu

годпм

горяч,« экструзия; коэффициент втяжки 25/ 1; t«67*3 К; D«10 мм; и -2.5 «.'с rops'us экструзия; I=673-S03 К; D <15 ям;» »0,9 м.'с экструзия горячее »«заиливание в шипшлр: t'673 К ейратоое аизавлиааиие ¡1=50 ич (сечение - а) непрофилнровнное;й) пр0фнлир01ынн0е)

1 i 4- 1 i

СТРУКТУРА И споигтнл

A1-2ÍJSI (45-106): с,-230 МПа, л-9 %; A1-20SÍ (<2Й). о,=322 МП... 5=8,5 íi, повышении тиосолоПьостц AI-20SWFC (60-120): в.-301 МПа. 5-S,4 íi; AI-20Sr-3Fc (60-120); сг.=359 МПа. 6=43 ^ повышенная тнасостоПкаств р^сирсле. темные частим Si 0.25-0,8 мкм; 160-120 HV; <j.=359 МПа 0„=0.98; 7S-91HRB; 15-47» МПа; >,=15-16 ГПа; рлмер >н гс«ичес*<>а> Si 2-3 г.гки 0„--О,9Н5; повышенна* стойкость к Лрнчктмшпн» прочность сваи« между втулкой и мготовюй на едвнг (30 циклов нагрела к охлаждения. Т»500'С, t=l,SKc)-a)7r fi>3Si

i i i i i'

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

тносоетоГпсиП материале попиленным коэффициентом расширенна ткососгобкмЯ, жаропрочный, материал с пониженным КТР дсташ для автомобилей сухие пшиы залитые AI еапавом {J1SADC12)

сухие мпросеовашше пиин

i i i 1 1

ИСТОЧНИК ИНЧЮРМЛЦ1Щ

т [61 т 19] Р1

Я T

NH

и

П>

X ?

NN

X

a o xs o

E к

0

ce >

1

l/l

H

re X

o ¿a o n a a

n o 43

a л re n o

я

СП

s »

03

a

03

sa

a

a o •a o

E