Исследование процесса смешивания шихты для низколегированных порошковых сталей

Смешивание является одной из первых основных операций процесса производства изделий из порошковых сталей. Смешивание заключается в приготовлении однородной механической смеси из неметаллических и металлических порошков, имеющих разную форму частиц порошков, различный химический, а также гранулометрический состав, и отличающихся технологическими и химическими свойствами [4, 7, 101 - 103].

Главная задача смешивания - получение макрооднородной смеси различных отдельных частиц порошков при их начальном произвольном расположении между собой.

На результат смешивания оказывают влияние следующие факторы: форма частиц, их средний размер, число смешиваемых компонентов, гранулометрический состав как общий и так и по отдельным компонентам, плотность компонентов, соотношение их количеств и степень их различия, коэффициент трения между частицами, их способность к агрегации и даже степень изменения гранулометрического состава, а также конструкция смесителя [1-3, 101 - 103].

Приняв во внимание все перечисленные факторы, можно сделать вывод, что смешивание является случайным процессом. Поэтому количественное соотношение компонентов в порошковой смеси следует описывать вероятностными величинами. Количественным критерием оценки однородности порошковой смеси служит ее среднеквадратичное отклонение

от среднего значения является. В современных исследования время смешивания выбирается так, чтобы более 95% проб соответствовали требованиям [4, 7, 101 - 103].

Приготовление смеси в шаровых и планетарных мельницах упрощает аппаратурное оформление технологической цепочки изготовления порошковых изделий. Но в данных аппаратах зачастую набл.дается измельчение частиц и их взаимодействие, которое является нежелательным [4, 7, 101 - 103].

Если количества смешиваемых компонентов сильно отличаются, то сначала готовят вспомогательную смесь, которая называется лигатурой (соотношение компонентов в ней близко к 50:50).

В данной работе для смешивание проводили в планетарно­центробежной мельнице. Время смешивания изменяли от 10 минут.

При увеличении содержания наноразмерных порошков наблюдалось увеличение текучести и насыпной плотности.

Результаты смешивания представлены в таблице 3.1. и 3.2.

Таблица 3.1

Свойства порошковых шихт СП80Н4Д2М

Таблица 3.2

Свойства порошковых шихт СП50ХНМ

Распределение элементов в порошковой шихте низколегированной порошковой стали СП80Н4Д2М смешанной в различных смесителях представлено на рисунках 3.1 и 3.2 и в таблицах 3.3.;

Рисунок 3.1 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в двухконусном смесителе и ее элементный состав:

а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты

Таблица 3.3

Весовой и элементный состав смеси после смешивания в двухконусном смесителе

Weight %

Atom %

PZRV(6)

Рисунок 3.2 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в двухконусном смесителе

Fe 1 MA(I)

а

б

Рисунок 3.3 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в двухконусном смесителе и ее элементный состав:

а - Микрофотография шихты; б - Элементный состав шихты

Таблица 3.4

Весовой и элементный состав смеси после смешивания в двухконусном смнесителе

Weight %

Atom %

б

в

Рис.

смесителе и ее элементный состав:

а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты

Таблица 3.5

Весовой и элементный состав смеси после смешивания в двухконусном смесителе

Weight %

Atom %

Рис.

шихты

Таблица 3.6

Элементный и весосвой состав смеси в точке 3

Weight %

Atom %

При смешивании в двухконусном смесителе можно наблюдать отдельные частицы порошка медию. Никеля и молибдена распределенные в порошковой смеси. Но для получения равномерного распределения легирующих компонентов этого недостачно, и особенно для равномерного распределения наномодифицирующих добавок порошка никеля и оксида никеля. Поэтому в работе было проведено смешивание в ПЦМ. Для определения оптимального времени смешивания было проведено

смешивание в течение 10, 20 и 30 мин. При смешивании в течение 10 мин., не была достигнута равномерность распределения легирующих элементов и наноразмерных добавок, при смешивании 20 и 30 мин. была достигнута равномерность смешивания, что видно из карты распределения на рис. 3.Х и на микрофотографиях 3.х и в таблицах 3.

Fe 1 МА(5)

Рисунок 3.6 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в ПЦМ

⅜⅛⅞⅜ ⅞f⅛w⅝⅜aι

Рисунок 3.7 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б - Элементный состав шихты

Таблица 3.7

Элементный состав порошковой шихты смешанной в ПЦМ

Weight %

Atom %

б

в

Рисунок 3.8 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты

Рисунок 3.9 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты

Таблица 3.8

Элементный состав порошковой шихты смешанной в ПЦМ

Weight %

Atom %

Рис. 3.10 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в ПЦМ

Рис. 3.11 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б - Элементный состав шихты

Таблица 3.9

Элементный состав порошковой шихты смешанной в ПЦМ

Weight %

Atom %

Рис. 3.12 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты

Таблица 3.10

Элементный состав порошковой шихты смешанной в ПЦМ

Weight %

Atom %

При проведении исследований по определению смешивания порошковых шихт низколегированных сталей было установлено, что оптимальным смешиванием сточки зрения равномерности распределения легирующих элементов, углерода и нанодисперсных модифицирующих добавок было достигнуто при смешивании в ПЦМ в течение 20 минут.

3.2.