<<
>>

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время порошковые материалы применяются практичесеки во всех отраслях промышленности от медицины до аэрокосмической техники. Это большой спектр материалов начиная от конструкционных и инструментальных материалов и заканчивая материалами специального назначения и медицинскими имплантами.

Методы порошковой металлургии чаще всего применяются там, где изготовление изделий с заданными свойствами невозможно традиционными методами: литьем, штамповкой и др. В основе производства всех указанных материалов лежат такие основные операция как: получение исходных материалов, формование из данных материалов заготовок заданной формы, размеров и прочности и спекание, предназначенное для окончательного формирования требуемых свойств и размеров.

Особенность технологии порошковой металлургии позволяет создавать огромное разнообразие разрабатываемых технологических схем, что ставит данные технологии на новый уровень и позволяет обеспечивать бурное развитее многих отраслей промышленности. Также эффективно применение технологий порошковой металлургии при массовом и крупносерийном производстве, т.к. эти технологии позволяют легко автоматизировать производство, что выводит изготовление деталей на новый, более высокий уровень. При этом ставится другая задача - изготовление материалов и изделий с более высоким комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств, а также снижение потерь материала. Это может быть достигнуто благодаря хорошей формуемости порошков. В связи с чем форма и размеры получаемых из них изделий могут быть максимально приближены к формам и размерам готовых деталей. Поэтому коэффициент использования материала приближен к 1 и обработка резанием минимальна. В связи с чем идет снижение затрат труда и материалов [1].

Внедрение технологий порошковой металлургии особенно для современных экологических задач наиболее перспективно из-за чистоты производства, малоотходности, повышения производительности труда.

Используя такие современные технологии как селективное лазерное плавление, искровое плазменное спекание, которые практически безотходные и не загрязняют окружающую среду и полностью автоматизируются. Полную автоматизацию производства и ее экологическую безопасность можно достичь и используя традиционные операции порошковой металлургии формование и спекание.

Современное развитие таких технологий как селективное лазерное спекание, электроискровое спекание, инжекционное формование, нанотехнологий и непрерывно расширяющая номенклатура материалов и изделий, получаемых с использованием различных порошков, стимулируют изучение строения и свойств данных материалов. Они во многом отличаются от соответствующих характеристик даже аналогичных по составу компактных металлов и сплавов, что может объясняться особенностями химического состава и строения исходных порошков, а также специфических способов их получения, формования и дальнейшей обработки.

Развитие современного производства требует создания новых материалов, которые создаются для того чтобы обеспечить оптимальное сочетание цены продукции и эксплуатационных характеристик. Это активизирует внедрение в производство технологий порошковой металлургии [1].

С целью изменения фазового и структурного состояния порошковых материалов и связанного с ним комплекса структурно-чувствительных физико-механических характеристик и эксплуатационных свойств проводят термическую обработку. К новым видам термической обработки следует отнести: термоциклическую обработку, импульсная закалка и др.

Поэтому целью данной работы являлась разработка состава и технологических режимов получения, режимов термической обработки порошковых низколегированных сталей с повышенными механическими свойствами за счет использования наноразмерных порошков никеля и оксида никеля в порошковой шихте и активации процесса спекания при введении наноразмерных добавок. Основными задачами, решаемыми для достижения поставленной цели являются:

1. Выбор и обоснование способа смешивания порошковых низколегированных шихт с наноразмерными добавками Ni и NiO.

2. Установление общих закономерностей процесса статического холодного прессования смесей порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками никеля и оксида никеля.

3. Изучение особенностей процесса спекания полученных формовок из порошковых низколегированных сталей, содержащих в исходной порошковой шихте наноразмерные добавки никеля и оксида никеля.

4. Установление влияния наноразмерных добавок никеля и оксида никеля в исходной порошковой шихте на механические свойства низколегированных порошковых сталей.

5. Исследование особенностей формирования структуры и свойств порошковых низколегированных сталей с наноразмерными добавками Ni и NiO в процессе термообработки: закалки, отпуска и термоциклической обработки.

6. Разработка основных рекомендаций по выбору химического состава порошковых низколегированных сталей, содержания наноразмерных добавок в исходной шихте, режимов смешивания, прессования, спекания и термической обработки для получения деталей с повышенными свойствами и внедрение их в технологические процессы.

Современные технологии позволяют активно использовать в технологиях порошковой металлургии нанопорошки как самих металлов, так и их оксидов, которые могут влиять на технологические режимы смешивания, формования и спекания.

При выполнении работы были экспериментально установлены закономерности влияния модифицирующих нанопорошков никеля и оксида никеля в исходную порошковую легированную смесь на основные технологические операции: смешивания, прессования и спекания при производстве заготовок из порошковых легированных сталей.

При смешивании легированной шихты с наноразмерными порошками в планетарно-центробежной мельнице достигается их равномерное распределение нанопорошков никеля и оксида никеля по всему объему металлической матрицы.

Нанодисперсные порошки, как никеля, так и оксида никеля не ухудшая текучести, насыпной плотности улучшают уплотняемость порошковой легированной шихты.

Наиболее эффектным примером активации спекания является введение малых добавок металлов, что и удалось получить модифицирую шихту нанодисперсными порошками никеля и оксида никеля. В процессе нагрева при спекании до температуры изотермической выдержки никель диффундирует по поверхности аустенитных зерен, равномерно распределяясь в объеме заготовки и образуя сеть тонких межзеренных прослоек.

Это позволяет снизить температуру спекания до 1000 0С и уменьшить время спекания до 60 минут.

Экспериментально были установлены закономерности получения мелкозернистой структуры и высоких механических и эксплуатационных свойств порошковых низколегированных сталей при введении в шихту нанопорошков никеля и оксида никеля. Выявлено, что данные добавки

увеличивают твердость по Бринеллю до 87-92 HRB, предел прочности при поперечном изгибе до 715-815 МПа, предел прочности при растяжении 700­800 МПа, относительное удлинение до 5,5 %.

Экспериментально установлены рекомендуемые режимы классической термической обработки для низколегированных порошковых сталей с наноразмерными порошками никеля и оксида никеля - температура закалки Т=900 оС и время выдержки при этой температуре 30 мин, закалка в масло и средний отпуск при температуре 500 оС в течение 60 мин. Такая термическая обработка позволила получить предел прочности на растяжение 725 МПа и относительное удлинение 4 %

Также установлены режимы термоциклической обработки для низколегированных порошковых сталей с наноразмерными порошками никеля и оксида никеля для стали СП50ХНМ закалка Т=900 оС в течении 30 минут в масло и последующее термоциклирование с количеством циклов 6, и для стали СП80Н4Д2М закалка Т=850 оС в течении 30 минут в масло и последующее термоциклирование с количеством циклов 6.

Практическая значимость работы заключается в разработке технологических рекомендаций получения порошковых низколегированных сталей при введении в исходную шихту наноразмерных порошков никеля или оксида никеля в количестве 0,5; 1,0 и 2,0 мас%. Определены рациональные режимы смешивания, прессования и спекания, режимы термической обработки, обеспечивающие получение изделий с наилучшим сочетанием прочности и пластичности. Выработаны рекомендации и разработана технология изготовления изделий из порошковых низколегированных сталей с высокими механическими и эксплуатационными свойствами, модифицированными наноразмерным порошком никеля в количестве 1 мас.%.

Проведены стендовые испытания разработанных материалов на предприятиях НПО «ПРИБОР», ООО

«УРАЛМЕТАЛЛГРАФИТ» и ООО «Политех - Строй», которые были использованы для изготовления упорных колец, вкладышей подшипника и втулок, используемых в узлах теплообменных аппаратов. По результатам испытаний получены заключения о целесообразности применения порошковых низколегированных сталей в дальнейшем производстве и получены акты внедрения на изготовление деталей из данных материалов с микродобавками нанопорошков никеля и оксида никеля.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Зависимость прочностных и пластических свойств порошковых низколегированных сталей, модифицированных нанопорошками никеля и оксида никеля, от концентрации этих частиц носит экстремальный характер.

2. Экстремальный характер зависимостей прочностных и пластических свойств порошковых низколегированных сталей, модифицированных наноразмерными частицами никеля и оксида никеля, от концентрации этих частиц объясняется наличием положительного их влияния на процесс консолидации.

3. Введение нанопорошков никеля и оксида никеля приводит тому, что при термоциклировании происходит диффузионное деление протяженных частиц, как в эвтектике, так и в избыточных фазах с последующей их сфероидизацией и коагуляцией.

Степень достоверности результатов гарантирована использованием современных методов и средств измерения и сочетанием взаимодополняющих исследовательских методик: рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов, сканирующей электронной микроскопии, химических методов анализа, физико-механических испытаний, которые проводились с применением современного сертифицированного лабораторно-исследовательского оборудования.

Результаты проведенной исследовательской работы подтверждены производственными испытаниями разработанной технологии.

Личный вклад автора: Соискатель принимал непосредственное участие в постановке и обсуждении задач исследования, в проведении экспериментальных работ, в анализе и интерпретации результатов.

Все экспериментальные результаты и исследовательские работы, включенные в диссертацию, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии. Анализ полученных результатов и подготовка публикаций выполнена при участии соавторов.

На основании результатов работы были разработаны и испытаны в опытно-промышленном масштабе технологии изготовления детали «вкладыш подшипника» на предприятии ОАО «УралМеталлГрафит», детали «кольцо - упорное» на предприятии ООО «Политех-Строй» и детали «втулка уплотняющая» на предприятии НПО ПРИБОР г. Москва.

Так же результаты исследований были внедрены в учебный процесс.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» в Юго - Западном государственном университете г. Курск, международной научно­практической заочной конференции «Современное научное знание: теория, методология, практика» г. Смоленск, международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы технических наук в современных условиях, 2016, г. Санкт-Петербург.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ в научных журналах и сборниках трудов конференций и семинаров, из них 4 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений. Материалы диссертации изложены на 160 листах

машинописного текста, содержат 77 рисунков, 27 таблиц, 3 приложения, включают список литературы из 137 наименований.

1.

<< | >>
Источник: Тер-Ваганянц Юлия Суреновна. Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства порошковых низколегированных сталей, модифицированных наноразмерными порошками Ni и NiO. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Москва - 2019. 2019

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. Введение
  2. Введение
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Введение
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. ВВЕДЕНИЕ
  7. Выводы
  8. Выводы
  9. Определение прочности при изгибе и при растяжении низколегированных порошковых сталей с нанодобавками
  10. Выводы
  11. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ Ni и NiO
  12. Оглавление
  13. ОГЛАВЛЕНИЕ
  14. ОГЛАВЛЕНИЕ
  15. Определение плотности спеченных заготовок
  16. ОГЛАВЛЕНИЕ
  17. СОДЕРЖАНИЕ
  18. СОДЕРЖАНИЕ