Введение к работе
Актуальность работы. За последние несколько десятилетий спеченные порошковые материалы все шире применяются в различных конструкциях. Их успех объясняется, главным образом, значительной экономией затрат, обусловленной возможностью получать изделия окончательной или близкой к ней формы, в отличие от других методов металлообработки. При этом широкое распространение получили изделия, изготовленные горячей штамповкой спеченной заготовки.
Проблема изучения процесса деформации пористых тел, структуры и пластичности их материалов является актуальной, т.к. связана с широкими возможностями горячей штамповки и в первую очередь по изготовлению деталей сложной формы. В этом случае штампуемость определяется не только структурой и пористостью, но и геометрическими параметрами заготовки, и эти характеристики следует изучать комплексно для разработки технологии горячей штамповки деталей сложной формы. Возможность получения деталей сложной формы из простых цилиндрических заготовок, требует именно такого комплексного подхода.
Научные основы обработки давлением пористых заготовок разработаны доктором технических наук, профессором, Заслуженным деятелем науки и техники РСФСР Ю.Г. Дорофеевым, а также М..Ю. Балыпиным, М.С. Ковальченко, В.Ю Дорофеевым, В.В. Скороходом. Современные исследования в этой области посвящены разработке новых технологических приемов, инструментальной оснастки и оборудования. Решение материаловедческих проблем, а именно влияние структуры материала на штампуемость изучено недостаточно. Актуальность работы подтверждается выполнением её в соответствии с государственным заданием 11.12 «Теоретические и технологические основы разработки энергоэффективных способов получения порошковых и композиционных функциональных материалов» на 2012— 2014 г.г.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка условий штампуемости порошкового спеченного материала, структурная организация которого обеспечивает высокие характеристики пластичности при изготовлении деталей сложной формы из простых цилиндрических заготовок.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Выявлены закономерности структурных изменений и характеристик пористости порошковых материалов при свободной горячей осадке.
-
Изучены структуры и характеристики механических свойств при высокотемпературных испытаниях на растяжение.
-
Проведен анализ поверхности разрушения при высокотемпературном деформировании.
4. Разработаны рекомендации для практического использования результатов
исследований.
Научная новизна работы.
1. Установлено влияние на структурообразование и свойства наличие в
составе порошка водорода, что не только повышает газонаполненность пор, но и
приводит к рассеиванию текстур динамической рекристаллизации, увеличению
неоднородности структуры, анизотропии механических свойств (типа
«фестонистости») и существенной неоднородности деформации, что в конечном
итоге ухудшает характеристики штампуемости.
2. Выявлены условия, обеспечивающие деформируемость спеченного
порошкового материала при свободной горячей осадке. В частности, получение
бездефектного материала возможно при исходной пористости меньше 15%,
величине отношения hJdo<0,4 и исходной однородной структуры с размером зерна
8-9 балла без видимых сохранившихся межчастичных контактов.
-
Установлен критерий предельной пластической деформации спеченного порошкового материала (предельная приведенная работа уплотнения), не приводящей к появлению макронесплошностей, и позволяющей обеспечить формирование структуры горячештампованного материала с уровнем структурно-чувствительных свойств, соответствующих практически беспористому состоянию.
-
Показано, что характеристики пластичности спеченного порошкового материала, определенные при высокотемпературном растяжении, и характеристики деформируемости в условиях тангенциальных напряжений при свободной горячей осадке хорошо коррелируют, что обусловлено одинаковой структурной организацией материалов для этих условий эксперимента.
Практическая ценность результатов работы.
На основе проведенных исследований разработаны номограммы деформирмации спеченных порошковых материалов, которые позволяют определить область бездефектной горячей штампуемости в промышленных условиях.
Разработаны рекомендации по практическому использованию результатов исследований для определения технологических параметров при производстве деталей конструкционного назначения сложной формы. Разработана технология изготовления шкива зубчатого ременной передачи ленточного конвейера.
Результаты исследований диссертации были внедрены при изготовлении опытной партии изделия (шкив зубчатый ременной передачи ленточного конвейера) на предприятии ООО «Техмаш-Юг» с ожидаемым экономическим эффектом 156 000 руб. на 10 000 деталей.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов диссертационной работы обусловлена применением современных методов исследования, а также обсуждение результатов с позиции современных представлений науки о материалах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-х международных и межвузовских конференциях.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований отражены в 8 научных работах, в том числе 5 статей в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, из них 2 статьи представлены в информационной системе SCOPUS. В опубликованных научных работах достаточно полно отражены основные научные результаты диссертации.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 141 наименования. Содержит 163 листа машинописного текста, 53 рисунка, 14 таблиц.
