Автореферат (1094949), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Таблица 2

Степень восстановления оксидов в вакууме

при температуре 800 ºС

Номер композиции	1	2	3	4
Величина отношения Ск/Св	1,025	1,09	1,36	1,5
Степень восстановления после времени нагрева (мин) 60 120 180	0,38 0,84 0,84	0,58 0,85 0,86	0,81 0,95 0,95	0,99 1,0 1,0

Анализ показал, что эффективным вариантом решения этой проблемы является осуществление процесса восстановления в вакууме, поскольку суммарная реакция при удалении должна сдвигаться вправо и процесс восстановления будет ускоряться (его можно осуществлять при более низкой температуре, когда спекание еще не приводит к образованию закрытых пор и агломерации).

Изучение вакуумного восстановления осуществлялось на композициях с различной величиной отношения С_к/С_в (см. табл. 2), где С_к – количество кокса, выделяемого при деструкции связующего; С_в – стехиометрическое расчетное количество углерода, необходимое для восстановления оксида в композиции данного состава по суммарной реакции .

Результаты по определению степени восстановления, приведенные в табл. 2, показывают, что рецептура композиций оказывает существенное влияние на эту величину. Увеличение степени восстановления при увеличении отношения С_к/С_в связано с тем, что выдержка образцов в форвакууме приводит к обезуглероживанию, в связи с чем углерод расходуется не только на восстановление, но и на окисление остаточным кислородом. Как следует из табл. 2, для полного восстановления отношение С_к/С_в должно быть около 1,5. В итоге полное восстановление достигается при отношении количества углерода к количеству кислорода, равном 0,56. Эта величина значительно меньше рекомендуемой при получении железного порошка восстановлением углеродом оксидов невысокой дисперсности (отношение масс углерода и кислорода – 3:2, Джонс В.Д.). Наряду со снижением температуры восстановления этот факт является особенностью вакуумного восстановления высокодисперсных оксидов, находящихся в металлической матрице. Механизм этого процесса требует дополнительного изучения.

Эволюцию фазового состава при двухстадийном отжиге на примере композиции №4 (см. табл. 2) иллюстрируют данные табл. 3, а также результаты металлографических исследований (рис. 3 и 4).

Таблица 3

Изменение фазового состава композиций

при двухстадийном отжиге

Фазы	Содержание фаз, %масс
	в прессовке	отжиг 750ºС без доступа воздуха, 2 часа	отжиг 800ºС, вакуум, 2 часа
	46,88	63,0	99,9
оксиды железа	39,04 ( )	32,3 ( , )	---
	14,08	---	---
углерод	---	4,7	0,1
Итог	100	100	100

а) б)

Рис. 3. Структура композиции №4 после прессования (а) и отжига

при 750 ºС (б), х300. Светлые точки и скопления – восстановленное железо

а)

б)

Рис. 4. Морфология структуры губчатого железа, восстановленного

в вакууме, полученная на зондовом микроскопе при площади

сканирования: а) 100х100 мкм; б) 3х3 мкм

Продуктом восстановления могут быть как пористые фасонные заготовки, которые в последующем могут подвергаться спеканию, холодной и горячей штамповке, изостатическому прессованию, так и губчатое железо с субмикрокристаллической структурой, которое подлежит переделу в поковки, прутки или профили, а также в порошки.

Исследование технологических параметров термической обработки композиций, полученных реакционным размолом, осуществлялось на примере состава №1, приведенного в табл. 1. После реакционного размола полученный гранулят отжигался в камерных печах в контейнерах специальной конструкции. Для исключения доступа воздуха использовался плавкий затвор. Гранулят состава №2 не отжигался.

После отжига гранулят состава №1 и гранулят состава №2 компактировались в брикеты, которые подвергались горячему прессованию с величиной вытяжки до 10. На полученных прутках определялись электропроводность, механические свойства, температура рекристаллизации, исследовалась структура с применением металлографии, рентгеновского фазового анализа, электронной микроскопии. Для определения влияния времени реакционного размола на структуру и свойства материалов отжигу и последующему компактированию подвергался гранулят, полученный при различном времени реакционного размола (рис. 5).

Установлено, что изменение массы, потери массы при дополнительном отжиге в водороде, содержание углерода стабилизируются после 240 минут отжига. При этой же длительности отжига достигают асимптотических значений электропроводность и твердость материалов.

Рис. 5. Твердость и электропроводность образцов при различном

времени реакционного размола:

1-2 – твердость; 3-4 – электропроводность;

1-3 – состав №1; 2-4 – состав №2

Результаты измерения электропроводности и химического состава образцов свидетельствуют о том, что в композиции №1, содержащей внутренний окислитель ( ) и прошедшей термическую обработку, медная матрица содержит минимальное количество растворенного алюминия и, следовательно, весь алюминий окислен и присутствует в виде оксида . Это подтверждается данными табл. 4.

Таблица 4

Изменение фазового состава композиции №1

Фазы	Содержание фаз, % масс.
	исходная рецептура	гранулы после РР	гранулы после отжига
(своб.) (в тв.растворе)	96,45 2,8 0,5 --- --- 0,25	95,88 3,24 --- 0,3 0,38 0,20	98,68 0,25 --- 0,04 0,95 0,08
Итого	100	100	100

В композиции №2, не содержащей внутреннего окислителя и не прошедшей термическую обработку, количество растворенного алюминия в процессе реакционного размола увеличивается и это приводит к снижению электропроводности.

Рис. 6. Типичная структура материала, полученного из состава №1 (х100000)

Исследования, выполненные с применением просвечивающей электронной микроскопии (рис. 6), показали, что структура материала, полученного из композиции №1, представляет собой зерна матричного металла, размерами 150 – 300 нм, с расположенными по границам зерен включениями , размерами 30 – 60 нм. Обнаружено также незначительное количество промежуточной фазы .

Таким образом, установлено, что при использовании в качестве окислителя кислорода, образующегося в результате деформационного растворения при реакционном размоле оксида меди, а в качестве восстановителя – образующегося при реакционном размоле высокодисперсного углерода и при применении отжига композиций после реакционного размола в течение определенного времени, обеспечивается получение материала на основе меди с «чистой» матрицей с субмикрокристаллической структурой и дисперсно-упрочненной наноразмерными частицами , что гарантирует высокий уровень физико-механических свойств материалов металлоизделий.

В четвертой главе изложены результаты исследований свойств материалов, полученных из восстановленных композиций «металлы – оксиды – углерод» спеканием и горячим прессованием.

Для выявления основных закономерностей спекания была выбрана низколегированная углеродистая сталь, содержащая 2% никеля и 0,2% углерода (аналог MIM – ). С целью определения влияния содержания оксида железа на спекаемость было изготовлено несколько композиций, содержащих железо и оксид железа в различном соотношении. После удаления ФФС и вакуумного отжига образцы в виде шайб с наружным, внутренним диаметром и высотой 31х15х4,5 мм спекались в интервале температур 1050…1350 ^оС. Зависимость относительной плотности спеченного материала от массовой доли оксида в твердой фазе исходных композиций имеет сложный характер. Так, до значения величины отношения наблюдается примерное постоянство плотности. Дальнейшее увеличение содержания оксида приводит к уменьшению плотности, при этом эффект уменьшения плотности при увеличении доли оксида проявляется тем больше, чем ниже температура спекания, и почти не проявляется при высоких температурах спекания (1250…1350 ^оС), которые обычно применяются при спекании МИМ-фидстоков с твердой фазой в виде стального порошка. Установленные закономерности имеют методический характер и применяются при выборе температур спекания и рецептуры композиций в зависимости от назначения изделий и технологической схемы их получения. Так, для получения пористых заготовок для фильтрующих элементов или заготовок, подвергаемых в дальнейшем пропитке, рекомендуется применять композиции с большим содержанием оксидов и спекаемые при низких температурах. Из таких заготовок могут быть получены и высокоплотные изделия с применением их обработки давлением. Изделия с относительной плотностью 0,95 – 0,97, полученные спеканием при высоких температурах (1250…1350 ^оС), могут изготавливаться из композиций, в которых содержание оксида ограничено только требованиями по реологическим свойствам и достаточности углерода, рассмотренными в главе 2. Металлографическим, рентгеновским методами и химическим анализом оксиды в материалах, спеченных по оптимальным режимам, не обнаружены. Предел прочности на растяжение и относительное удлинение стали, спеченной по оптимальным режимам, составляют , , что не уступает аналогичным показателям, рекламируемым зарубежными фирмами.

Характеристики

Список файлов диссертации