Диссертация (1173110), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Исходные порошки были SiC со средним размеромчастиц неправильной формы 13 мкм и Ti с частицами в формемногогранников со средним размером 45 мкм. В работе [35] авторы работалис той же системой SiC-Ti. Они получали смеси с 20, 30 и 40 весовымипроцентами SiC из порошков титана с частицами сферической формы 25-35мкм и карбида кремния с частицами неправильной формы 1-6 мкм. Методикасмешивания порошков не описывается.Алюминиевый сплав смешивался с 5 весовыми процентами TiC вшаровой планетарной мельнице Pulverisette 4 vario-planetary mill фирмыFritsch GmbH (Германия) в течение 4-х часов на скорости 200 оборотов вминуту с весовым соотношением мелющих шаров к порошку 1/1 [43].Порошок алюминиевого сплава был со сферическими частицами среднимдиаметром 30 мкм, а порошок TiC – с размером частиц около 50 нм.
За времяразмола нанопорошок карбида равномерно распределился по поверхностичастиц металла, которые сохранили свою сферическую форму и размер.26Аттар с соавторами [38] смешивали 5 весовых процентов 3.5-6 мкмпорошка TiB2 с частицами неправильной формы с 50 мкм порошком Ti счастицами сферической формы в шаровой планетарной мельнице фирмыRetsch в течение 1-4 часов со скоростью 200 оборотов в минуту.Использовались шары из углеродистой стали диаметром 10 мм в весовомотношении к порошку 5/1. Во время помола металлические частицырасплющивались,ачастицыборидараскалывалисьивбивалисьвметаллические.
В результате получился композиционный порошок счастицами неправильной формы, по объёму примерно соответствующимиисходным частицам металла.Такимобразом,металлическойдляматрицейполученияметодомкомпозиционныхСЛПпорошкиматериаловскомпонентовпредварительно обрабатывают в шаровой планетарной мельнице дообразованиякомпозиционногопорошкамеханическогосплава.Используются стальные размольные стаканы и стальные размольные шарыдиаметром 6-20 мм. Как правило, выбирают исходные металлическиепорошки с частицами близкой к сферической форме размером в несколькодесятков микрон и исходные порошки твёрдой фазы с частицаминеправильной формы размером от 50 нм до нескольких микрон.Соотношение масс размольных шаров к массе порошка может меняться от1/1 до 1/10. Скорость вращения основного диска мельницы составляет от 200до 300 оборотов в минуту.
Для предотвращения окисления процесс можетпроводиться в атмосфере аргона. Время размола варьируется от 1 до 10часов. В результате получаются композиционные порошки с частицаминеправильной формы размером примерно от 5 до 50 мкм с равномернымраспределением субмикронной или наноразмерной дисперсной твёрдой фазыв объёме металлической матрицы или по поверхности металлических частиц.271.4 Металлокерамические материалы в традиционном производствеТвердыесплавыметаллокерамическихявляютсяматериалов[44].классическимХорошоизученыпримеромиширокоприменяются твёрдые сплавы на основе матрицы из сплавов элементовгруппыжелеза,упрочнённыекарбидамитугоплавкихметаллов.Механические свойства твёрдых сплавов существенно выше, чем утрадиционных сплавов.
Путём сочетания разных металлических матриц иармирующих компонентов в различных соотношениях можно получитьматериалы с заданными свойствами, что позволяет решать задачи пооптимизации создаваемых конструкций с учётом требуемых характеристик.Так, при использовании пластичной матрицы и твёрдых армирующихвключений сочетаются два противоположных свойства, необходимых дляконструкционных материалов – высокий предел прочности и достаточнаявязкость разрушения.1.4.1 Технология изготовления твёрдых сплавовСтандартные твёрдые сплавы обычно получают методами порошковойметаллургии. Для этого исходные порошки металлической и упрочняющейфаз перемешивают, из полученной смеси формуют детали, которые потомспекают в печах.
Качество получаемого материала сильно зависит отоднородности используемой смеси порошков. Для приготовления смесейиспользуют шаровые мельницы с барабанами, футерованными твёрдымисплавами, и с размольными телами из твёрдых сплавов. Смешиваниепроводят в жидкой среде в режиме истирания в течение 48-144 часов [45]. В28порошковую смесь добавляют пластификатор и формуют методамипрессования, выдавливания или литья под давлением, затем полученныезаготовки выдерживают в печах при температуре выше плавления наиболеелегкоплавкой фазы в системе, так что образование материала происходит врежиме жидкофазного спекания.1.4.2 Стандартизация твёрдых сплавовМаркииобластипримененияотечественныхтвёрдыхсплавовопределяются ГОСТом 3882-74 [46]. Твёрдые сплавы подразделяются поэтомустандартунавольфрамовые,титановольфрамовыеититанотанталовольфрамовые. Вольфрамовые твёрдые сплавы системы WCCo (ВК) стандартизованы для содержания кобальта от 3 до 20 массовыхпроцентов.
Для всех марок нормируется предел прочности при изгибе,плотность и твёрдость HRA. В системе WC-Co при повышении содержаниякобальта значительно возрастает прочность на изгиб, от 120 кгс/мм 2 длясплава ВК3 до 210 кгс/мм2 для сплава ВК20, при этом минимальнодопустимая твёрдость немного снижается [46]. Стандарт очерчивает триосновные области применения твёрдых сплавов: обработка материаловрезанием, оснащение горного инструмента и бесстружковая обработкаметаллов и быстроизнашивающихся деталей.
Причём, для двух последнихобластей рекомендуются исключительно вольфрамовые твёрдые сплавымарок ВК. Для деталей, испытывающих ударные нагрузки, рекомендуетсяповышенное содержание кобальта, а для быстроизнашивающихся –пониженное.291.4.3 Жаростойкость и жаропрочность твёрдых сплавовЖаростойкостьижаропрочностьтвёрдыхсплавоввомногомопределяются цементирующем компонентом – металлической матрицей.БылипредложенытвердыесплавысистемыWC–Co–Ni–Re[47],превосходящие по жаростойкости и жаропрочности стандартные сплавы ВКпри том же содержании металла. Введение Ni–Re в кобальтовую связкуповышает температуру начала активного окисления на 20–70 °С и снижаетего скорость, а также повышает предел прочности на изгиб при 1000 оС с 60до 200 кгс/мм2 [47].
Фактором, способствующим увеличению прочности привысокойтемпературе,являетсяснижениеподвижностидислокаций,реализующееся в результате легирования и возможного дисперсионногоупрочнения. Дополнительное введение в состав твердой фазы болееокалиностойкого компонента (сложные карбиды, карбонитриды) можеттакже улучшить эксплуатационные характеристики твердых сплавов.1.4.4 Наноструктурированные твёрдые сплавыПерспективнымнаправлениемулучшениямеханическихсвойствтвёрдых сплавов считается уменьшение размера зерна [48]. Для этогоприменяется механическое сплавление порошков исходных компонентов.Разработаны методы получения механического наноструктурированногосплава из исходных порошков микронного размера [49].
Затем этотмеханически сплавленный порошок компактируется методами, которые неприводят к росту зерна. Наиболее перспективным считается плазменноискровоеспекание[50],такжевозможноприменениебыстрого30электрического спекания под давлением [51], спекания при высокочастотноминдукционном нагреве [52], горячего изостатического прессования [53],импульсного магнитного компактирования [54], самораспространяющегосясинтеза или селективного лазерного спекания [48].
Для замедления ростазёрен применяется специальное легирование. Наилучшим связующим дляWC считается кобальт. Преимущества других металлов и сплавов приполучении наноструктурированного материала пока не доказаны.1.5 Характеристика параметров СЛПСелективноелазерное плавлениеопределяется большимчисломпараметров. Большинство из них можно разделить на 3 группы: параметрыпорошкового материала, параметры лазерной обработки, параметры машины.К параметрам порошкового материала относятся: химический составпорошка, форма и размер частиц [55], оптические свойства, насыпнаяплотность, термические свойства, такие как теплопроводность, теплоемкостьи коэффициент теплового расширения [56]. И это далеко не весь переченьпараметров порошкового материала, которые упоминаются в научныхисследованиях и публикациях.
Поскольку химический состав в большейстепени определяет свойства получаемого изделия, основная часть научныхработ посвящена исследованиям свойств изделий в зависимости отхимического состава материала.Мощность лазерного излучения, скорость сканирования, стратегиясканирования(векторноеперемещениелазерноголучаизначениеперекрытия между сплавляемыми валиками) составляют группу параметровлазерной обработки. Данные параметры влияют на производительность,качество изделия, остаточные напряжения и микроструктуру[57].31К параметрам машины относятся следующие параметры: длина волнылазерного источника, диаметр лазерного пятна,защитная атмосфера,толщина наносимого слоя, способ расстилки порошка.
В большинствепроизводственныхмашинисточникомлазерногоизлученияявляетсяволоконный лазер на иттербиевом стекле с длиной волны 1.07 мкм,излучениекоторогохорошопоглощаетсяметаллическимпорошком.CO2 лазер с длиной волны 10,64 мкм лучше использовать для такихматериалов, как полимеры и керамика.Известно, что при лазерной обработке важны два критерия подобия,определяющие форму ванны расплава и распределение температуры, числоПекле [58]:Pe гдеv–скоростьсканирования,vD ,D(1.1)–диаметрпятна,а–температуропроводность, и безразмерный критерий плавления [58]:Me PDTm,(1.2)где P – мощность излучения, – теплопроводность, а Tm – разность междутемпературой плавления и окружающей температурой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
