Автореферат (1094949), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, дана характеристика результатов работы.

В первой главе приводится анализ литературных данных по новейшим методам получения заготовок из высокодисперных порошков металлов и сплавов, методам создания высокодисперсных структур. К таким методам относятся МИМ-технология, реакционный размол, процессы внутреннего окисления и восстановления. Анализ развития МИМ-технологии показывает существенное увеличение практического применения этой технологии в последние два десятилетия (на 10 – 15% в год). Значительно расширена номенклатура высокодисперсных порошков, предлагаемых их производителями. В настоящее время выпускаются сотни наименований порошков: порошки железа и его сплавов с углеродом, никелем, хромом, медью, молибденом и т.д., порошки прецизионных сплавов на основе железа, никеля и его сплавов, меди и медных сплавов. Перед формованием порошки смешивают со связующим. Эта смесь называется МИМ-фидстоком. В последние годы наблюдается тенденция использования в качестве связующих термопластов и их смесей с насыщенными углеводородами (воском, парафином). Важнейшим показателем связующего является возможность его достаточно быстрого удаления, осуществляемого либо термодеструкцией, либо растворением, либо каталитическим разрушением. Длительность цикла удаления связующего является одним из главных факторов, определяющих стоимость изделий и их конструкцию.

Спекание сформованных изделий осуществляется, как правило, в водороде, азоте или вакууме, в печах специальной конструкции, обеспечивающих точность поддержания температуры , отсутствие градиента температур по объему печи, обеспечивающих автоматически заданный режим нагрева и изотермической выдержки при температурах в интервале 0,8…0,9 от температуры плавления.

При всех достоинствах МИМ-технологии, вопросы ее совершенствования остаются актуальными. Высокая стоимость исходных порошков и их смесей со связующим, длительные циклы удаления связующего, сложное прецизионное оборудование для спекания – все это в совокупности приводит к высокой стоимости МИМ-деталей (на порядок больше стоимости точного стального литья). В результате анализа путей решения этой проблемы предложено в качестве твердофазной основы формуемых смесей применять порошки металлов и их оксидов, а в качестве восстановителя оксидов использовать углерод, образующийся при термическом разложении связующего. Такая технологическая схема до сих пор не применялась.

Предполагается, что в данном случае, в противоположность газовому восстановлению, взаимодействие оксидов с равномерно распределенным углеродом не будет приводить к различным объемным изменениям в наружных и внутренних областях заготовок, что позволит избежать их растрескивания. Анализ публикаций Джонса В. Д., Кипарисова С. С., Лопатина В. Ю., Либенсона Г. А., Любимова В. Д., Манукяна Н. В., Радомысельского И. Д., Самсонова Г. В., Уваровой И. В. и др., посвященных углеродному восстановлению высокодисперсных оксидов железа и меди, показывает, что до сих пор исследовались процессы применительно к получению губчатых металлов и порошков. Особенности восстановления оксидов, сформованных в заготовки, продуктом разложения связующего мало изучены. Не разработаны критерии и методы определения фазового состава композиций «металлы – оксиды – связующее» с учетом его влияния на реологические свойства композиций и, соответственно, на их формуемость.

Анализ показал, что для получения перерабатываемых в заготовки композиций «металлы – оксиды – углерод» может стать эффективным применение реакционного размола, поскольку в данном случае возможно использование исходных материалов невысокой дисперсности, а, следовательно, невысокой стоимости. Кроме того, открываются новые возможности создания дисперсно-упрочненных структур получаемых материалов, как это показано в работах Витязя П. А., Левинского Ю. В., Ловшенко Г. Ф., Ловшенко Ф. Г., Матросова В. Л., Шалунова Е. П. и других ученых. В этом плане большую актуальность приобретает изучение эволюции свойств материалов, полученных из композиций «металлы – оксиды – углерод» с применением реакционного размола и последующей термической обработки в связи с изменением дисперсности продуктов реакционного размола таких систем (гранул), поскольку от размеров гранул зависит степень деформационного воздействия на материал и, следовательно, интенсивность прохождения окислительно-восстановительных процессов, инициированных деформацией.

Большой интерес представляет разработка процессов компактирования и формообразования композиционных материалов, полученных из смесей дисперсно-упрочненных гранул и металлических порошков, поскольку в данном случае открываются новые возможности получения заданных физико-механических свойств материалов и снижения их стоимости. Основы этих процессов заложены в работах Бальшина М. Ю., Григорьева А. К., Дмитриева А. Н., Дорофеева Ю. Г., Друянова Б. А, Лаптева А. Н., Кохана Л. С., Романа О. В., Скорохода В. В. и др.

На рис. 1 представлена новая обобщенная технологическая схема, с применением которой композиции из металлов, их оксидов и углерода могут быть переработаны в фасонные заготовки и профили. Имеющиеся технические данные и теоретические оценки показывают возможность реализации этой схемы. Вместе с тем, для того чтобы разработать промышленную технологию, необходимы комплексные исследования основных операций этой схемы, что определило цель работы и задачи исследований.

Металлы + оксиды + углерод

Реакционный размол

Получение

формуемых

композиций

Связующие

(ФФС)

Формование

фасонных сырых

заготовок

Низкотемпературная термическая обработка

Спекание

Обработка

давлением

фасонные заготовки поковки

сложной формы заготовки

профили

Рис. 1. Обобщенная технологическая схема получения заготовок

и полуфабрикатов с восстановлением оксидов углеродом

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований и экспериментов, на основе которых разрабатывались методики определения количественного фазового состава композиций «порошки металлов – порошки оксидов – термореактивная фенолформальдегидная смола (ФФС)» для получения фасонных заготовок и композиций «порошки металлов – порошки оксидов – углерод» для получения жаропрочных дисперсно-упрочненных материалов с применением реакционного размола.

Состав первых композиций для получения фасонных заготовок определяется особенностями его влияния на вязкость композиций и одновременно необходимостью обеспечения полного восстановления оксида углеродом, образующимся при термическом разложении связующего.

Исходя из разработанной нами модели и анализа экспериментальных результатов по определению вязкости композиций, относительная вязкость композиции, содержащей один наполнитель и связующее, может быть рассчитана по уравнению:

, (1)

где и – вязкости композиции и связующего;

A – коэффициент, различный для разных видов твердофазного наполнителя и определяемый экспериментально, например, для наполнителя – порошка стали 316L;

– объемное содержание твердой фазы;

– критическое объемное содержание твердой фазы, при котором композиция теряет текучесть.

Уравнение (1) с точностью 5 – 7% согласуется с экспериментальными данными в интервале изменения величины от 0,1 до 0,9 от величины .

Для композиций, в которых твердая фаза состоит из двух компонентов (металлический порошок + оксид) при условии, что размеры частиц оксида значительно (на порядок) меньше размеров частиц металла, относительная вязкость может быть рассчитана согласно нашим аналитическим исследованиям по зависимости (2). В этом случае смесь «оксид – связующее» играет роль нового связующего для металлической фазы.

, (2)

где – объемное содержание металлического порошка в композиции в целом;

– объемное содержание оксида в системе «оксид – связующее»;

и – критические объемные содержания металлического порошка и оксида, соответственно.

Другие обозначения аналогичны обозначениям уравнения (1).

Общее объемное содержание в композиции твердой фазы ( ) будет составлять

.

Особое внимание уделялось определению возможных значений величин , и . С этой целью аналитически и экспериментально исследовались зависимости изменения величины от вариаций величин , и (рис. 2). Значения величин и приняты 0,605 и 0,55, соответственно, на основе анализа наших исследований и имеющихся опубликованных экспериментальных данных.

Отметим, что ход кривых на рис. 2 согласуется с известным положением о том, что вязкость МИМ-фидстоков и, соответственно, критическая величина общего объемного содержания твердой фазы могут регулироваться за счет помещения в промежутках между частицами крупной фракции более дисперсных частиц.

Характеристики

Список файлов диссертации