Введение к работе
Актуальность темы. Одними из наиболее перспективных способов порошковой металлургии (ПМ), позволяющих расширить номенклатуру изделий, являются методы, основанные на горячей обработке давлением пористых заготовок (ГОДПЗ): свободная ковка, объемная штамповка (ГШ) или, иначе, динамическое горячее прессование (ДГП), поперечная горячая штамповка (ПГШ), экструзия (ГЭ) и др. Общность этих методов основывается на одинаковом, по существу, характере основополагающих явлений, ответственных за структурообразование материала: уплотнение, деформация и сращивание на межчастичных контактных поверхностях (МЧПС). Важной предпосылкой их дальнейшего развития является наличие объективных сведений о влиянии технологических факторов на такое структурообразование.
Влияние далеко не всех технологических факторов на качество горяче-деформированных порошковых материалов (ГДПМ) изучено одинаково, сведений по такой зависимости для отдельных из них крайне недостаточно или же их механизм раскрыт не в полной мере. Среди таких факторов, прежде всего, выделить гранулометрический состав порошка, который хотя и относится к физическим свойствам, по своему месту в формировании именно технологических характеристик порошков может быть отнесен к последним. При получении ГДПМ остались невыясненными вопросы о количественных характеристиках площади и границ поверхности сращивания, о влиянии размеров пор и физико-химических свойств компонентов порошковой шихты на деформационные процессы в околопоровых объемах материала и др. Для горячедеформированных порошковых сталей (ГДПС) следует выделить влияние характера утлеродсодержащих компонентов (УСК) при различной крупности частиц железного порошка и комплексное воздействие этого и других технологических факторов. К числу таких факторов также относятся: состояние поверхностей частиц порошка, схема горячей деформации, различие в деформируемости частиц неоднородной порошковой шихты.
Особое место занимает проблема количественной оценки критериев сращивания ГДПМ и возможности их взаимной корреляции. Хотя попытка решения этой проблемы уже предпринималось в работах НГТУ, многие ее аспекты остались нерассмотренными, а именно: структурные критерии качества межчастичных контактов, формируемых при ГОДПЗ, обобщенная оценка теплофизнческих свойств ГДПМ, корреляция механических и, особенно, теплофизических свойств со структурными характеристиками качества сращивания ГДПМ и др. Высказанные соображения определили необходимость проведения специальных исследований.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось повышение ка-
2 чества ГДПМ путем установления объективных критериев его оценки и оптимизации влияющих на них параметров технологии.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
выделить и исследовать наиболее значимые и наименее изученные технологические факторы, влияющие на качество сращивания, формирование структуры и свойств ГДПМ;
разработать критерии объективной оценки качества сращивания ГДПМ;
установить корреляционные связи между характеристиками различных групп критериев качества сращивания;
предложить направления промышленной реализации результатов исследований.
Научная новизна. Установлены зависимости качества сращивания на МЧПС при ГОДПЗ и свойств получаемых ГДПМ от наименее изученных в этом отношении технологических факторов: крупности порошка, определяющей протяженность границ МЧПС и путей диффузии при гомогенизации; природы, активности крупности и засоренности УСК; различия деформируемости частиц шихты, приводящего к уменьшению объема материала, деформируемого при ГОДПЗ, повышению энергетических затрат, ухудшению условий формообразования и сращивания; состояния поверхности частиц и схемы деформации; комплексного влияния нескольких факторов -крупности порошка, температуры спекания и горячей деформации на ав;
вида УСК, содержания углерода и схемы деформации на Кіс ГДПС.
Впервые введено понятие о предельных температурах горячей деформации, при которых достигаются наиболее высокие свойства получаемых материалов, установлены их зависимости от технологических факторов; предложены уравнения для определения относительных величин тепло- и электропроводности в зависимости от пористости и входящие в них константы. .„ . .
Предложены структурные, оцениваемые по фрактограммам разрушения, и свойствастные критерии сращивания, установлены корреляционные зависимости между ними, причем показано, что теплофизические свойства (тепло- и электропроводность) связаны с суммарной долей площадей пор и неметаллических включений на фрактограммах, предел прочности при растяжении - с суммарной долей площадей вязкого и хрупкого разрушения, предел текучести, относительные удлинение и поперечное сужение - с долей площади вязкого разрушения.
Практическая пенность. Результаты исследований позволяют минимизировать затраты на выбор оптимальных параметров ГОДПЗ за счет, например, прекращения их поиска после достижения предельных температур горячей деформации и изыскания других путей повышения свойств. Они могут быть использованы при производстве разнообразных ГДІШ и изделий.
Реализация результатов работы. Комплекс проведенных исследований позволил установить принцигшальную возможность применения более дешевого крупного порошка ПЖВ5.450. 26 взамен используемого в настоящее время порошка ПЖВ2.160.26 при изготовлении деталей 3-х наименований, в том числе и высоконагруженных на АО "Ростсельмаш". Экономический эффект (ожидаемый) получаемый за счет разницы в стоимости порошков, составляет 78 млн. руб в год - в ценах середины 1996 года.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и сбсуждены на:
Российской республиканской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии производства, структура и свойства порошковых изделий, композиционных материалов и покрытий", (г. Водгоград, 1992 г);
УП научно-технической конференции "Научно-технические и социально-экономические проблемы охраны окружающей среды", (г. Нижний Новгород, 1993 г.);
Научно- практических конференцияхх НГГУ, (г. Новочеркасск, 1995 ИІ996ГТ).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе положительное решение на выдачу патента.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения и содержит 190 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 17 таблиц и список из 174 наименований используемой литературы.