Межчастичное сращивание в процессе консолидации дискретных железосодержащих порошковых материалов

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.762

В.Н. Кокорин МЕЖЧАСТИЧНОЕ СРАЩИВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ КОНСОЛИДАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Экспериментально определена многостадийность прессования металлических порошков в присутствии жидкости. Установлены основные закономерности формирования структурно-неоднородного тела при прессовании тонкодисперсных материалов на основе железа.

Приведены исследования межкристаллитного сращивания, как процесса возникновения и развития связей между дискретными фракциями.

Прессование, порошок, стадия, сращивание, структура

V.N. Kokorin INTER-PARTICLE SPLICE IN PROCESSES OF DISCRETE FERRUGINOUS POWDER MATERIALS CONSOLIDATION

A multistage character of ferrous powders compacting in the presence of liquid is determined here experimentally. The main laws of structurally heterogeneous body forming in fine dispersed ferrous-based materials compacting have been established.

There are some results of chip interconnect research, the latter being considered as a process of beginnings and development of bonds between discrete fractions.

Compacting, powder, stage, splice, structure.

Развитие порошковой металлургии основывается в значительной мере на разработке и использовании новых прогрессивных технологий консолидации дисперсных металлов, направленных на существенную минимизацию остаточной пористости и создание регламентированной структуры материала.

В экспериментальных исследованиях, проведенных на кафедре «Материаловедение и обработка материалов давлением» Ульяновского государственного технического университета, изучались вопросы структурообразования при прессовании структурнонеоднородных плотноупакованных механических смесей из железосодержащих порошковых материалов в присутствии жидкой фазы (вода, ацетон). Использована жесткая пресс-форма, состоящая из обоймы, верхнего пуансона и оправки. Прессование осуществлялось на гидравлическом прессе модели ПГ-60 с использованием

односторонней схемы приложения статической нагрузки. Выбор диапазона прикладываемых усилий определялся природой использованного материала (железный порошок АНС 100.29).

В экспериментах применялись следующие механические смеси:

- железный порошок;

- железный порошок и жидкая фаза (вода) в пропорции (85:15), исходная влажность Ж0 = 15%;

- железный порошок и жидкая фаза (ацетон) в пропорции (85:15), исходная влажность Ж0 = 15%.

Выбор жидкой фазы определяется различной вязкостью применяемых жидкостей.

По результатам экспериментов построены экспериментальные кривые уплотняемости трех видов механических смесей (рис. 1), обоснована концепция стадийности процессов прессования металлических порошков в присутствии жидкой фазы.

Удельное усилие прессования, т/см2

Рис. 1. Экспериментальные кривые уплотнения в присутствии жидкой фазы

Уплотнение сыпучей среды сопровождается двумя процессами: межчастичным смещением (структурной деформацией) и деформацией самих частиц с образованием и расширением зон контактов. Структурная деформация преобладает на начальной стадии уплотнения и может быть достаточно протяженной.

В работе [1] установлено, что если контактные напряжения превышают прочность контактных поверхностей, то происходит их частичное разрушение с образованием поровых каналов, соединяющих закрытые поры с тупиковой и внешней газовой средой (рис. 2 б), что наглядно устанавливается на IV стадии уплотнения (рис. 1).

Были проведены металлографические исследования по изучению структурообразования на различных (1-5) стадиях уплотнения (рис. 2). Использован микроскоп «OLIMPUS» (программное обеспечение «SIAMS 700»), увеличением х100; х200; х400. Проводилась подготовка образцов:

а) травление четырехпроцентным раствором азотной кислоты (изучение межграничных контактов);

б) образцы после полирования (без травления) - использованы для установления общей пористости и траектории образования поровых кластеров.

»' Л, ' . • • *?< ' Г”--к

• л«Л'* * *: V 4 .• ••«../ . -*4'

А Ч» '. . Т' ^ 1 А ч' ^ * Ъ

- ЛИ*-: V к. - * V -V

• зваШиЬ* < •

» : ' - у '/•»"

А> • *

щетЪ

г/'

Л’Ул чЛ"“' «Л*

, КИ :*

§1"^Ч . к.* ^

ч> < : - х

• *№П V- ' ‘ - ?';

• М., &&*'<  V.;**

• ^ *.4.* ,. .л ,

Л-/ *

V-

' > .

-“¡Г:

1   * .\

;

.х

б

а

в

г

Рис. 2. Постадийное структурообразование при прессовании механических смесей: а - II стадия; б - III стадия; в - IV стадия; г - V стадия

Установлено, что на IV, V стадиях (образцы группы «а») прессования наблюдается интенсивный рост зерен (объединенные в единый конгломерат соседних зерен за счет межкристаллитного сращивания). Данный эффект был отмечен профессором А.П. Гуляевым при изучении структуры деформируемых тел [2]. Им была предложена модель рассыпания (растворения) границ зерен, механизмом которого является двойникование. Полное растворение границ приводит к объединению соседних зерен в единый зеренный конгломерат.

Развитие сращивания происходит в результате синхронной с деформацией миграции границ одних контактирующих зерен за счет других [1].

Интенсивное межкристаллическое сращивание при прессовании механических смесей с использованием жидкой фазы установлено на IV, V стадиях прессования (рис. 2 в-г), причем завершение образования зеренных конгломератов наблюдается на V стадии, где моделируется регламент экструзии.

Таким образом, установлено явление межчастичного сращивания на завершающих стадиях прессования, что обусловливает существенное повышение уровня механических свойств отпрессованных заготовок и деталей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дорофеев В.Ю. Межчастичное сращивание при формировании порошковых

горячедеформированных материалов / В.Ю. Дорофеев, С.Н. Егоров. М.: ЗАО

Металлургиздат, 2003. 152 с.

2. Гуляев А.П. Моя металлография / А.П. Гуляев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. № 7. С. 11-19.

Кокорин Валерий Николаевич - Kokorin Valeriy Nikolaevich -

кандидат технических наук, доцент, Candidate of Technical Sciences,

заведующий кафедрой «Материаловедение Assistant Professor, Head of the Department

и обработка материалов давлением» of «Material Engineering and Processing»

Ульяновского государственного of Ulyanovsk State Technical University

технического университета

Статья поступила в редакцию 07.10.08, принята к опубликованию 26.11.08