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).
Далее к этой смеси добавляют оставшийся порошок.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
Свойства | СОСТАВ ПОРОШКОВОЙ ШИХТЫ | ||||||
СП80Н4Д2М | СП80Н4Д2М | СП80Н4Д2М | СП80Н4Д2М | ||||
+0.5 Ni | +0.5 NiC) | +1.0 Ni | +1.0 NiO | +2.0 Ni | +2.0 NiO | ||
ПЦМ | |||||||
Насыпная плотность | 3,74 | 3,89 | 3,84 | 3,92 | 3,90 | 3,95 | 3,96 |
Неоднородность шихты (К) | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,13 | 0,08 | 0,15 |
Таблица 3.2
Свойства порошковых шихт СП50ХНМ
Свойства | СОСТАВ ПОРОШКОВОЙ ШИХТЫ | ||||||
50ХНМ | 50ХНМ | 50ХНМ | 50ХНМ | ||||
+0.5 Ni | +0.5 NiO | +1.0 Ni | +1.0 NiO | +2.0 Ni | +2.0 NiO | ||
ПЦМ | |||||||
Насыпная плотность | 2,74 | 2,89 | 2,84 | 2,92 | 2,90 | 2,95 | 2,96 |
Текучесть | 41,8 | 42,8 | 43,3 | 43,13 | 44,6 | 44,9 | 45,8 |
Неоднородность шихты (К) | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,13 | 0,08 | 0,15 |
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 %
O-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
PZRV(5)_pt1 | 20.3 | 2.0 | 77.8 | ||
PZRV(5)_pt2 | 0.8 | 1.5 | 1.6 | 96.1 | |
PZRV(5)_pt3 | 0.8 | 0.6 | 95.3 | 3.2 | |
PZRV(5)_pt4 | 94.0 | 3.3 | 2.7 |
Atom %
O-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
PZRV(5)_pt1 | 60.0 | 1.7 | 38.4 | ||
PZRV(5)_pt2 | 3.0 | 1.7 | 1.6 | 93.7 | |
PZRV(5)_pt3 | 3.0 | 0.6 | 93.4 | 2.9 | |
PZRV(5)_pt4 | 94.5 | 3.1 | 2.4 |
PZRV(6)
Data Type: | Counts |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 1.21 μm |
Map Resolution: | 256 by 192 |
Map Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 200 |
Рисунок 3.2 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в двухконусном смесителе
Fe 1 MA(I)
Image Name: | Fe 1 MA(1) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 100 |
Detector: | UltraDry |
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
Image Name: | Fe 1 MA(2) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 1.21 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 200 |
Detector: | UltraDry |
Weight %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe 1 MA(1)_pt1 | 92.8 | 4.7 | 2.0 | 0.5 |
Atom %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe 1 MA(1)_pt1 | 93.5 | 4.5 | 1.7 | 0.3 |
б
в
Рис.
3.4 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в двухконусномсмесителе 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
Image Name: | Fe 1 MA(3) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 0.12 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 1997 |
Detector: | UltraDry |
Weight %
C-K | Al-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
Fe 1 MA(2)_pt1 | 2.4 | 0.4 | 88.3 | 5.7 | 2.6 | 0.7 |
Fe 1 MA(2)_pt2 | 2.0 | 91.0 | 4.6 | 2.0 | 0.4 |
Atom %
C-K | Al-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
Fe 1 MA(2)_pt1 | 10.2 | 0.7 | 81.6 | 5.0 | 2.1 | 0.4 |
Fe 1 MA(2)_pt2 | 8.6 | 85.4 | 4.1 | 1.7 | 0.2 |
Рис.
3.5 - Микрофотография частицы меди в порошковой смеси и анализ элементного состава: а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный составшихты
Таблица 3.6
Элементный и весосвой состав смеси в точке 3
Weight %
Fe-K | Cu-K | |
Atom %
Fe-K | Cu-K | |
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)
Data Type: | Counts |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 1.21 μm |
Map Resolution: | 256 by 192 |
Map Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Рисунок 3.6 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в ПЦМ
⅜⅛⅞⅜ ⅞f⅛w⅝⅜aι
Image Name: | Fe+C 2 MA(1) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 100 |
Detector: | UltraDry |
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
Image Name: | Fe+C 2 MA(2) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 0.48 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 500 |
Detector: | UltraDry |
Weight %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 94.4 | 3.4 | 1.7 | 0.5 |
Atom %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 95.0 | 3.2 | 1.5 | 0.3 |
б
в
Рисунок 3.8 - Микрофотография порошковой шихты смешанной в ПЦМ и ее элементный состав: а - Микрофотография шихты; б, в - Элементный состав шихты
Image Name: | Fe+C 2 MA(2) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 0.48 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 500 |
Detector: | UltraDry |
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 %
Data Type: | Counts | ||||||||
Image Resolution: | 512 by 384 | ||||||||
Image Pixel Size: | 1.21 μm | ||||||||
Map Resolution: | 256 by 192 | ||||||||
Map Pixel Size: | 2.42 μm | ||||||||
Acc. Voltage: | 15.0 kV | ||||||||
Magnification: | 200 | ||||||||
Detector: | UltraDry | ||||||||
C-K | Al-K | Si-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |||
Fe+C 2 MA(2)_pt1 | 2.6 | 0.3 | 90.4 | 4.0 | 1.7 | 1.0 | |||
Fe+C 2 MA(2)_pt2 | 2.4 | 0.2 | 90.7 | 4.0 | 1.9 | 0.9 | |||
Fe+C 2 MA(2)_pt3 | 1.5 | 95.6 | 1.7 | 0.9 | 0.3 | ||||
Fe+C 2 MA(2)_pt4 | 12.4 | 0.2 | 0.2 | 81.0 | 3.8 | 1.7 | 0.8 | ||
Atom %
C-K | Al-K | Si-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
Fe+C 2 MA(2)_pt1 | 11.0 | 0.6 | 83.0 | 3.5 | 1.4 | 0.5 | |
Fe+C 2 MA(2)_pt2 | 10.2 | 0.4 | 83.8 | 3.5 | 1.5 | 0.5 | |
Fe+C 2 MA(2)_pt3 | 6.5 | 91.0 | 1.5 | 0.8 | 0.2 | ||
Fe+C 2 MA(2)_pt4 | 39.8 | 0.3 | 0.2 | 55.8 | 2.5 | 1.0 | 0.3 |
Рис. 3.10 - Карта распределения элементов смеси после смешивания в ПЦМ
Image Name: | Fe+C 2 MA(1) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 100 |
Detector: | UltraDry |
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 %
C-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
і Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 13.1 | 82.1 | 2.9 | 1.5 | 0.4 |
Atom %
C-K | Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 41.3 | 55.8 | 1.9 | 0.9 | 0.2 |
Image Name: | Fe+C 2 MA(1) |
Image Resolution: | 512 by 384 |
Image Pixel Size: | 2.42 μm |
Acc. Voltage: | 15.0 kV |
Magnification: | 100 |
Detector: | UltraDry |
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 %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
і Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 94.4 | 3.4 | 1.7 | 0.5 |
Atom %
Fe-K | Ni-K | Cu-K | Mo-L | |
I Fe+C 2 MA(1)_pt1 | 95.0 | 3.2 | 1.5 | 0.3 |
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.
Еще по теме Исследование процесса смешивания шихты для низколегированных порошковых сталей:
- Исследование процесса прессования шихты низколегированных порошковых сталей
- Исследование процесса спекания низколегированных порошковых сталей
- ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕЙ, ПРЕССОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ С НАНОЧАСТИЦАМИ Ni и NiO
- ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ Ni и NiO
- Исследование микроструктуры и изломов закаленных низколегированных порошковых сталей
- Исследование влияния режимов закалки на структуру и свойства порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO
- ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ ДОБАВКАМИ Ni и NiO
- Результаты рентгенофазового анализа закаленных образцов порошковых низколегированных сталей
- Определение пластичности низколегированных порошковых сталей с нанодисперсными добавками
- Изучение структуры порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO после термической обработки
- Определение оптимальных режимов отпуска порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO
- Определение оптимальных режимов закалки порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO
- Смешивание порошковых многокомпонентных смесей
- 5.4.2. Исследование микроструктуры и изломов образцов низколегированных сталей после ТЦО
- Определение прочности при изгибе и при растяжении низколегированных порошковых сталей с нанодобавками
- Исследование влияния режимов термоциклической обработки на структуру и свойства низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO