Способы получения изделий из порошковых материалов, прессуемых в закрытых матрицах при высоких давлениях

Анодные оксидные покрытия на металлах и анодная защита / [под ред. И. Н. Францевича]. - К. : Наукова думка, 1985. - 278 с.

Суминов И. В. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И. В. Суминов. - М. : Эко-мет, 2005. - 368 с.

Черненко В. И. Теория и технологтя анодних процес сов при високих напряжених / [В. И. Черненко, Л. А. Снежко, И. И. Папанова, К. И. Литовченко]. - К. : «Наукова думка», 1995. - 198 с.

Вячеславов П. М. Контроль электролитов и покритий / П. М. Вячеславов, Н. М. Шмелева. - Л. : Машиностроение, 1985. - 96 с.

Одержано 21.10.2008

Проведен анализ литературных источников по анодированию алюминия и его сплавов. Рассмотрены теории образования анодной пленки, а также факторы, влияющие на ее рост. Рассмотрено влияние легирующих компонентов алюминиевых сплавов на процесс анодирования и толщину анодной пленки.

The references analysis of aluminium anodizing and its alloys was carried out. Theories of formation of an anode film and factors influencing its growth have been considered. Influence of alloying components of aluminium alloys on anodizing process and anode film thickness has been considered.

УДК 621.762.4

Д-р техн. наук Л. Л. Роганов, Л. В. Попивненко Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕССУЕМЫХ В ЗАКРЫТЫХ МАТРИЦАХ

ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

В статье предложен ряд способов получения качественных изделий из порошковых материалов, прессуемых в закрытых матрицах при высоких давлениях.

Из практики прессования порошковых материалов известно, что наиболее распространенным способом их уплотнения является прессование в закрытых матрицах. К преимуществам метода относят высокую производительность, сравнительную простоту штамповой оснастки, простоту реализации процесса, возможность использовать прессовое оборудование широкой номенклатуры и т.д. [1]. Однако при всех своих достоинствах способ прессования порошковых материалов в закрытых матрицах имеет существенный недостаток: невозможность получать качественные прессовки (без расслаивающих трещин) высокой плотности (более 0,90,92 относ. ед.). Указанный недостаток имеет существенное влияние при уплотнении смесей порошковых материалов с высокими прочностными свойствами, которые имеют частицы сферической, оско-

Перелж посилань

1. Томашов Н. Д. Толстослойное анодирование алюминия /

Н. Д. Томашов, М. Н. Тюкина, Ф. П. Заливалов. - М. : 6.

Машиностроение, 1966. - 216 с.

2. Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию /

Е. Е. Аверьянов. - М. : Машиностроение, 1988. - 224 с. 7.

3. Томашов Н. Д. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов / Н. Д. Томашов, М. Н. Тюкина, Ф. П. Заливалов. М. : «Машиностроение», 1968. - 157 с.

4. Томашов Н. Д. Влияние различных факторов на рост 8. анодной пленки на алюминии в растворе сернгой кислоты / Н. Д. Томашов, А. В. Бялобжеский // Сб. «Исследования по коррозии металлов». Труды ИФХ АН

СССР. - М. : Изд-во АН СССР, 1955. - № 4. - 109 с.

лочной или чешуйчатой формы. Причиной появления расслаивающих трещин при прессовании в закрытых матрицах является упругое последействие.

Явление упругого последействия проявляется внутри матрицы после снятия давления прессования, а также при выходе прессовки из матрицы пресс-формы в процессе операции выпрессовки. Давление выталкивания пропорционально давлению прессования и зависит от коэффициента внешнего трения и коэффициента Пуассона прессуемого порошка. Известно, что чем больше давление прессования, тем больше боковое давление, действующее на стенку матрицы и распирающее ее, и тем выше вероятность растрескивания прессовки на выходе из матрицы вследствие проявления эффекта упругого последействия [1].

Величина упругого последействия зависит от ряда

© Л. Л. Роганов, Л. В. Попивненко, 2009

факторов: от характеристик прессуемого порошка (дисперсности, формы и состояния поверхности частиц, содержания окислов, механических свойств металла), давления прессования, наличия смазки, упругих свойств матрицы пресс-формы и пуансонов и других факторов [1].

В настоящее время для уменьшения вероятности появления расслаивающих трещин в процессе вып-рессовки прессовок, имеющих относительные плотности в диапазоне 0,75-0,9 (в первую очередь это касается конструкционных материалов), в прессуемую шихту вводят различные смазки (стеараты, дисульфид молибдена, графит, парафин и др.) и ПАВ (поверхностно-активные вещества: растворы мыла, спирты и др.). Однако даже введение в порошковую шихту смазок и ПАВ не позволяет получать в закрытых матрицах прессовки высокой плотности близкую к плотности компактных тел: порядка 0,95-0,98 относ. ед. Кроме того, любые добавки в исходную шихту увеличивают себестоимость готового изделия.

Согласно [2], изделия высокой плотности можно получать путем их допрессовки в холодном или горячем состоянии после операции спекания сырых прессовок. Используя технологию допрессовки, можно добиться получения практически компактного изделия. Однако применение технологии допрессовки удлиняет технологический цикл изготовления изделия и значительно повышает его конечную цену.

В рамках данной статьи предлагается ряд способов прессования порошковых материалов, которые позволяют получать качественные прессовки (без расслаивающих трещин) высокой плотности (до 0,98 относ. ед.) в закрытых матрицах.

На рис. 1 показаны этапы прессования порошковой шихты в цилиндрической матрице.

Конструкция пресс-формы, представленная на рис. 1, предусматривает возможность запрессовки и распрес-совки цилиндрической матрицы 1 в бандаж 2 по мере необходимости. Первым этапом цикла прессования является запрессовка матрицы 1 в бандаж 2 с небольшим натягом. Натяг в соединении матрицы с банда-

жом необходим для обеспечения прилегания всей наружной боковой поверхности матрицы к соответствующей контактной поверхности бандажа.

После этапа запрессовки матрицы в бандаж в матрицу вставляют нижний пуансон 3, после чего указанные элементы пресс-формы устанавливают на стол пресса и засыпают в матрицу порошковую шихту (см. рис. 1, II этап). Затем в матрицу вставляют верхний пуансон и осуществляют этап прессования. Уплотне -ние порошковой шихты выполняют по требуемому давлению. В процессе прессования порошковой шихты, вследствие действия бокового давления, матрица раздается в плоскости перпендикулярной направлению прессования, что ведет к увеличению натяга в соединении матрица-бандаж. Величина раздачи матрицы и, как следствие, величина натяга зависит от величины давления прессования.

Следующим этапом цикла прессования является снятие бандажа 2 с матрицы 1 при помощи двух втулок 5 и 6 (см. рис. 1, IV этап). Результатом распрессов-ки бандажа и матрицы будет значительное уменьшение напряжений в теле прессовки, что позволяет существенно уменьшить влияние упругого последействия в процессе операции выпрессовки прессовки из матрицы.

Следующим этапом цикла прессования является выпрессовка прессовки из матрицы (см. рис. 1, V этап). После выполнения этапа выпрессовки прессовку уда -ляют из пресс-формы. Далее цикл прессования при необходимости повторяют в указанной последовательности снова.

Предлагаемый второй способ прессования порошковой шихты в закрытой матрице до высоких плотностей, по мнению авторов статьи, является более предпочтительным и перспективным, чем выше описанный. Предлагается контактные поверхности матрицы и зажимной втулки (бандаж) выполнить коническими. Это позволит регулировать величину предварительной (до начала этапа прессования) деформации матрицы. Этапы прессования порошковой шихты в конусной матрице приведены на рис. 2.

1 /. ч ш

1

Рис. 1. Этапы цикла прессования порошковых материалов в цилиндрической матрице:

I - запрессовка матрицы в бандаж; II - засыпка порошка в матрицу; Ш - прессование; IV - снятие бандажа с матрицы; V - выпрессовка; 1 - матрица цилиндрическая; 2 - бандаж; 3 - пуансон нижний; 4 - пуансон верхний; 5, 6 - втулки

5

Рис. 2. Этапы цикла прессования порошковых материалов в конусной матрице:

I - зажим матрицы в зажимной втулке; II - засыпка порошка в матрицу; Ш - прессование; IV - выпрессовка матрицы из зажимной втулки; V - выпрессовка; 1 - матрица коническая; 2 - втулка зажимная; 3, 4 - втулки; 5 - пуансон нижний; 6 - пуансон верхний

Первоначально до этапа прессования, на матрицу 1 напрессовывают зажимную втулку 2 (см. рис. 2, I этап). Результатом этого является контролируемое уменьшение размеров матрицы в направлении перпендикулярном плоскости прессования на расчетную величину, которая определяется в зависимости от свойств шихты и требуемой величины давления прессования. Далее этапы цикла прессования порошковой шихты аналогичны описанным в первом способе с той лишь разницей, что при снятии зажимной втулки 2 с матрицы 1 (см. рис. 2, IV этап) произойдет увеличение размеров матрицы в диаметральной плоскости. В результате этого релаксация напряжений в теле прессовки произойдет внутри матрицы еще до начала этапа выпрес-совки. Таким образом, при выходе прессовки из матрицы ее размеры в диаметральной направлении изменяться не будут, что обеспечит отсутствие расслаивающих трещин.

Первоначально до этапа прессования на матрицу 1 напрессовывают зажимную втулку 2 (см. рис. 2, I этап). Результатом этого является контролируемое уменьшение размеров матрицы в направлении, перпендикулярном плоскости прессования на расчетную величину, которая определяется в зависимости от свойств шихты и требуемой величины давления прессования. Далее этапы цикла прессования порошковой шихты аналогичны описанным в первом способе, с той лишь разницей, что при снятии зажимной втулки 2 с матрицы 1 (см. рис. 2, IV этап) произойдет увеличение размеров матрицы в диаметральной плоскости. В результате этого релаксация напряжений в теле прессовки произойдет внутри матрицы еще до начала этапа выпрессовки. Таким образом, при выходе прессовки из матрицы ее размеры в диаметральном направлении изменяться не будут, что обеспечит отсутствие расслаивающих трещин.

На рис. 3 изображена пресс-форма, у которой предварительное деформирование матрицы осуществляют не механическим способом, а при помощи жидкости

высокого давления, которую подают в зазор между матрицей и бандажом.

Источником жидкости высокого давления является мультипликатор с насосным приводом. Если обеспечить неподвижность матрицы в процессе прессования, то появляется возможность уплотнения порошковой шихты как по односторонней, так и по двухсторонней схеме.

Цикл прессования порошковой шихты в пресс-форме, изображенной на рис. 3, осуществляется следующим образом. После засыпки порошковой шихты в матрицу и установки верхнего пуансона, в зазор между матрицей 1 и бандажом 2 подается жидкость высокого давления, что вызывает контролируемую деформацию матрицы до начала этапа прессования на заранее рассчитанную величину. После завершения стадии уплотнения осуществляют сброс давления, что ведет к релаксации напряжений в теле прессовки внутри матрицы. Затем осуществляют операцию выпрессов-ки прессовки из матрицы с гарантированным отсутствием расслаивающих трещин.

Рис. 3. Пресс-форма с регулируемой степенью обжатия матрицы при помощи жидкости высокого давления:

1 - матрица; 2 - бандаж; 3 - пуансон нижний; 4 - пуансон верхний; 5, 6 - уплотнения

Выводы

Предлагаемые способы прессования порошковой шихты в закрытых матрицах при высоких давлениях прессования позволяют получать качественные прессовки (без расслаивающих трещин), плотность которых близка к плотности компактных тел. Применение выше описанных способов прессования позволит сократить время изотермической выдержки в процессе спекания, значительная часть которой необходима для процесса «залечивания» пор, отказаться от операции допрессовки спеченных брикетов, а также в значитель-

ной мере от смазок и ПАВ, вводимых в шихту. Таким образом, рассмотренные способы прессования порошковой шихты в закрытых матрицах являются экономически целесообразными и эффективными.

Перечень ссылок

1. Кипарисов С. С. Порошковая металлургия / С. С. Кипарисов, Г. А. Либенсон. - М. : Металлургия, 1971. -528 с.

2. Ермаков С. С. Порошковые стали и изделия / С. С. Ермаков, Н. Ф. Связников. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение, 1990. - 319 с.

Одержано 12.01.2009

У cmammi запропоновано низку cnoco6ie отримання яюсних eupo6ieу закритихматрицях заумови високих mucKie.

The methods of formation of qualitative products from powder materials, which are pressed in the closed dies under high pressure, has been considered.

УДК 669.295.5

В. С. Голтвяница1, канд. техн. наук О. И. Баньковский2, д-р техн. наук Э. И. Цивирко1, канд. техн. наук С. К. Голтвяница3

1 Национальный технический университет, г. Запорожье, 2 Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев,

3 ООО «Риал», г. Запорожье

МОДИФИЦИРОВАНИЕ БОРОМ ЛИТЫХ ТИТАН-АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Установлено, что модифицирование бором (0,1-0,2 %) интерметаллидного сплава Т1-36А1 приводит к образованию в структуре мелких частиц фазы ЪБ (0,3-9,7мкм), упрочняющей металлическую матрицу. При 900 °С жаропрочность модифицированных бором составов практически одинакова, хотя и остается несколько выше (на ~140-130 МПа) жаропрочности исходного состава Т1-36А1.

Одним из действенных средств воздействия на литую структуру металлов и сплавов является их модифицирование. При введении небольших добавок -модификаторов (В, Бе, У, Ьа, Се, №, Мо, С) - изменяются основные параметры процесса кристаллизации, что приводит к изменению структуры металла и, как правило, к улучшению его свойств [1].

Известно, что малые добавки бора к обычным титановым сплавам заметно изменяют их микроструктуру и свойства [2]. Бор полностью растворяется в жидком титане, однако практически нерастворим в

твердом (< 0,05 мас. % при 750 °С). При легировании титана бором (>14 мас. %) выделяется тугоплавкая ТВ-фаза, упрочняющая металлическую матрицу. Поэтому боридное упрочнение может быть перспектив-

ным для повышения жаропрочности титановых сплавов [3, 4]. Успешно применяют боридное упрочнение порошкового материала ХБТ1Л1 [5], а также карбид-но-боридное упрочнение литого сплава Ti-6A1-4V1 [6]. Бор применялся в качестве самостоятельной легирующей добавки в количестве 0,1-1,5 % для повышения упругих свойств многокомпонентных титановых сплавов системы ТьЛ1-Бп-У-Сг-Мо [7]. В качестве рафинирующей добавки (0,02-0,2 ат. %) бор широко используется при выплавке многих титановых сплавов [8].

Таким образом, бор достаточно широко и успешно применяется для улучшения свойств титановых

1 Здесь и далее цифры рядом с химическим элементом (кро-

ме титана — основа) — мас. %

© В. С. Голтвяница, О. И. Баньковский, Э. И. Цивирко, С. К. Голтвяница, 2009 66