Введение к работе
В работе приведены результаты исследований взаимодействия порошков в процессе получения шихт в шихтоприготовительном оборудовании (ШПО) различного типа, а также влияния последовательности введения компонентов на технологические свойства и структуру частиц шихтовой продукции, механические и эксплуатационные свойства спеченных из них материалов. Осуществлена реализация полученных результатов при производстве конкретных изделий
Актуальность темы. Повышение качества изделий, полученных методами порошковой металлургии (ПМ) стоит в одном ряду с важнейшими проблемами как и в любой отрасли промышленности Для ее решения используют методы, основанные на различных принципах обработки порошков и материалов из них
Приготовление порошковых шихт является одной из наиболее важных и ответственных операций в технологическом процессе получения порошковых материалов
Очевидным является тот факт, что для производства различных классов порошковых материалов частицы порошков-компонентов должны по-разному вступать во взаимодействие друг с другом при различной последовательности их введения в ШПО В зависимости от характера этого взаимодействия порошковая шихта может находиться в различных технологических и структурных состояниях
Однако в настоящее время практически отсутствуют единый подход и конкретные рекомендации по использованию соответствующего ШПО и назначению необходимых параметров его работы, обеспечивающих получение порошковой шихты с требуемыми макро- и микроструктурой ее частиц, а также технологическими свойствами
Диссертация посвящена вопросам обеспечения требуемого качества порошковых шихт и материалов на основе результатов анализа процессов, протекающих в ШПО при шихтоприготовлении
Цель и задачи исследования. Целью работы является улучшение свойств порошковых материалов за счет оптимизации параметров приготовления шихт, для ее достижении решались следующие задачи.
Разработать концепцию управления процессом шихтоприготовления с целью обеспечения прогнозируемых технологических свойств и структуры частиц порошковых шихт для изготовления из них материалов различного назначения.
Выявить и исследовать явления, протекающие в порошковых шихтах при использовании конусного смесителя и мельницы «САНД-1» и определить основополагающие факторы, влияющие на технологические свойства и структуру частиц порошковой продукции.
Изучить влияние последовательности загрузки компонентов в ШПО на характеристики получаемых шихт и свойства изготавливаемых из них материалов различного назначения
4. На основании результатов проведенных исследований и использованных методик разработать и рекомендовать режимы приготовления порошковых шихт на примере материалов - представителей для
конструкционных изделий различного назначения на основе железа;
получение механически легированных порошковых сплавов,
металлокерамических изделий.
5 Провести исследования по обоснованию возможности приготовления порошковых шихт для получения из них наноматериалов при использовании ВШПО с рабочими телами в шихтоприготовигельных камерах и рекомендовать режимы их работы.
Научная новизна.
1. Предложена гипотеза механизма плакирования твердых частиц порошка пластичными при шихтоприготовлении в высокоэнергетических мельницах с твердыми размалывающими телами, предполагающая:
плакирование обеспечивается, если коэффициент внешнего межчастичного трения больше коэффициента внутреннего трения плакирующих частиц,
энергия соударения частиц и размалывающих тел должна быть больше энергии связи поверхностных включений с поверхностями частиц для их рафинирования;
в случае нанесения многослойного покрытия из однородного материала увеличение внутреннего трения предыдущего слоя возрастает за счет его наклепа по сравнению с наносимым.
Предложена концепция приготовления поликомпонентных шихт для получения из них порошковых материалов конструкционного назначения, отличающаяся от известных тем, что используется различная последовательность введения компонентов в ВШПО с рабочими телами, величина силового воздействия которых на частицы компонентов шихты рассчитывается так, чтобы в частицах основы материала и в предварительно нанесенных слоях покрытия создавались напряжения, лежащие в области упругости их деформаций, а в частицах остальных компонентов были выше их предела текучести Такое напря-женно-деформрованное состояние в частицах основы материала и легирующих компонентов обеспечивает формирование в шихте поликомяонентных агломератов, состоящих из целостных частиц основы материала и нанесенного на их поверхность более пластичных компонентов сплава
Установлено, что количественный и качественный состав выявленной поликомпонентной предельно уплотненной зоны в области контактирующих поверхностей частиц зависит от последовательности загружи компонентов в процессе шихтоприготовления. Так, при вариантах загрузки «Fe-C-Cu» и «Fe-Cu-C», количество образующихся твердых растворов атомов компонентов в железной основе материалов при втором варианте было ~ в 1,8 раза больше, глубина диффузии легирующих компонентов составила 8 мкм и 14 мкм, соответственно. Отсюда следует, что определение очередности загрузки легирующих компонентов будет зависеть от степени влияния элементов на формирование структуры и обеспечение требуемых свойств разрабатываемого материала, а также от их диффузионной активности и количества.
4 С использованием результатов исследований формирования пленки из пластичного материала на поверхности твердых частиц разработан способ изготовления металлокерамических материалов с рекомендациями по определению параметров его технологических режимов (патент № 2298450 РФ), отличающийся тем, что получение шихты с требуемыми технологическими характеристиками, содержащей порошковые твердые частицы и пластичную составляющую, проводят таким образом, что за счет заданных силовых режимов рабочих тел высокоэнергетического смесительного оборудования твердые частицы сохраняют свою целостность, а материал частиц пластичной составляющей, пластически деформируясь, покрывает их поверхность, образуя с твердыми частицами адгезионное соединение.
Практическа а ценность На основе разработанных методик для получения материалов с различным напряженно-деформированным состоянием взаимодействующих компонентов при шихтоприготовлении в ВШПО предложены рекомендации по назначению режимов его работы, необходимых при получении шихтовой продукции для разработки технологий изготовления материалов различного назначения Данный принцип назначения первоочередности и последовательности загрузки компонентов в шихту и режимы ВШПО для получения материалов различных классов и свойств позволяют повысить производительность при шихтоприготовлении в 1,5 . 2 раза и снизить энергозатраты при спекании деталей
Реализация результатов работы. Разработанные материалы для деталей «втулка разжимної о кулака» и «форсунка» прошли испытания на предприятиях ОАО «Автоприцеп КамАЗ» г. Ставрополь и ООО НИЦ "Композит" г. Новочеркасск, соответственно
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ) (2004 - 2007 г.), Всероссийском смотре-конкурсе "Научно-технического творчества студентов высших учебных заведений" "Эврика" в ЮРГТУ (НИИ) (2005 г )
По теме диссертации опубликовано 9 работ, 3 из них выполнены без соавторов. По материалам работы получен патент на изобретение РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав с общими выводами, изложена на 169 страницах машинописного текста, содержащих 54 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 131 наименований и приложения на 15 страницах
Похожие диссертации на Улучшение свойств порошковых материалов за счет оптимизации параметров приготовления шихт
