ОСОБЕННОСТИ УПЛОТНЯЕМОСТИ ДВУХФАЗНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Мурашова Н.А. В настоящей работе исследована зависимость плотности прессовок на железной, медной и никелевой с различными углерод содержащими порошковыми наполнителями от давления статического прессования. Для всех изучаемых двухфазных порошковых смесей, и для каждой стадии прессования рассчитаны постоянные уплотняемости. Физический смысл постоянных в предложенной работе выяснен. Для каждой стадии прессования определен интервал плотности в зависимости от химического и концентрационного составов порошковой смеси. В работе, приведены данные уплотняемости порошкового тела при приложении давлении прессования в условиях статической нагрузки, используя которые можно объяснить процессы, наблюдаемые в процессе уплотнения порошка. Оценка уплотняемости порошков позволяет составить более эффективную технологию изготовления порошковых изделий с заданными значениями плотности. Статья в формате PDF 135 KB

Установление зависимости между приложенным давлением и плотностью прессовок - одна из важнейших задач теории и пpaктики холодного прессования порошков, поэтому изучению этого вопроса посвящены многочисленные исследования [1-4].  Уплотнение порошка происходит за счет скольжения частиц относительно друг друга, деформации   приконтактных   областей частиц объемной деформации; на этом основании в [1,2] предложено процесс уплотнения делить на три стадии.

В настоящей работе исследована зависимость плотности прессовок из различных порошков от давления статического прессования.

Например, двухфазные композиции металл - алмаз широко используются в производстве алмазно-абразивных инструментов на металлических связках. Наличие частиц твердых фаз в пластичной металлической основе затрудняет деформацию и уплотнение порошковых двухфазных смесей [1,4]. По данным  [3] введение 10% (объемных) порошка TiC к титановым гранулам замедляет уплотнение в 5...20 раз. Верник Е.Б. установил, что влияние введения алмaзoв на относительную плотность порошкового проката незначительное [2].

В настоящей работе образцы получали прессованием на гидравлическом прессе при давлениях от 200 до 1000 МПа. Использовали смеси порошков электролитической меди, а в ряде опытов восстановленного железа, с введением до 18,83 мас.% углеродсодержащих включений (алмазных синтетических порошков марок от АСМ 5/3 до АСР 80/63, графита), т.е. различной зернистости. Влияние содержания алмазного наполнителя на уплотняемость двухфазных смесей металл - алмаз оценивали по изменению пористости  формовок. Изучались порошковые смеси на никелевой основе с твердыми включениями карбидов ниобия, циркония, вольфрама на основании  литературных данных [1,4] где представлена зависимость относительной плотности (пористости) от давления прессования.

По уравнениям Бальшина М.Ю. был проведен расчет численных значения фактора прессования (Z), который показывает уплотняемость на этапе перемещения частиц в поры, и показателя уплотняемости (m), хаpaктеризующего уплотняемость на всем пути прессования, включая этапы пластической и объемной деформации частиц, а так же по уравнению К. Конопицкого постоянной (А), показывающей уплотняемость на этапе объемной деформации частиц порошка. Был рассчитан предел текучести для исследуемых смесей по формуле Торре ( постоянная А из уравнения К.Конопицкого). По уравнению И.Д. Радомысельского и Н.Н. Щербаня для трех стадии прессования была рассчитана постоянная n. В  логарифмических координатах представлена зависимость, относительной плотности прессовок от давления прессования имеет линейный вид (рис.1).

Данные, полученные в результате аналитических исследований для смесей на медной основе с алмазными включениями марок АСМ 20/14 и АСР 80/63, и на железной основе с графитовыми и алмазными включениями, а так же на никелевой основе с включениями карбидов ниобия, циркония и вольфрама представлены в табл.1.

Анализируя  полученные графические данные и численные значения констант уплотняемости, можно  наблюдать три стадии прессования.:

1. p < p ₂ ;
2. p₂ < p < p₃ ;
3. p < p₃ .

Таблица 1. Влияние твердого наполнителя на уплотняемость

Стадии прессования	Интервалы относительной плотности, г/см2	Композиция		Содержание наполнителя, мас.%	Постоянная n	Константы Z	Константы m /A	σ0,2, МПа
		Осно-ва	Напол-нитель
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	50,12 - 66,07	Fe	Графит	1,95	0,25	0,97	1,13/-	50,05
	48,98-61,66		АСР 80/63	10,34	0,21	1,19	4,38/-	86,05
	64,57-79,43	Cu	АСМ 20/14	10,39	0,13	2,43	7,30/ 153,28	76,64
	67,61-74,13		АСР 80/63	10,39	0,22	1,82	5,37/-	32,43
	60,26-66,07		АСР 80/63	5,48	0,22	1,27	3,98/-	31,39
	54,95-79,43	Fe	Графит	1,00	0,27	1,04	4,26/	611,11
	57,54-81,28			3,00	0,25	1,28	4,69/	560,61
	2			5	6	7	8	9
	60,26-77,62			5,00	0,18	1,44	5,16/	521,98
	64,57-75,86			10,00	0,15	1,78	5,95/	485,00
	69,18-74,13			15,00	0,06	4,43	7,23/	442,48
	70,79-74,13			20,00	0,07	6,50	7,65/	-
	53,70-75,86	Fe	-	-	0,25	1,19	4,20/	809,85
	51,29-63,10	Ni	NbC	2,00	0,15	1,51	4,86/-	1088,89
	50,12-54,95			5,00	0,08	1,14	4,35/-	1775,00
	50,12-54,95			10,00	0,08	1,09	4,28/-	2073,55
	52,48-56,23			20,00	0,06	1,06	3,66/-	2156,25
	51,29-57,54		ZrC	2,00	0,10	1,04	3,79/-	1260,85
	51,29-53,70			5,00	0,04	0,97	3,52/-	1675,70
	50,12-53,70			10,00	0,06	0,87	3,30/-	1847,20
II	66,07-77,62	Fe	Графит	1,95	0,32	-	-/100,10
	61,66-69,18		АСР 80/63	10,34	0,23	-	-/172,11
	74,13-87,10	Cu	АСР 80/63	10,39	0,16	-	-
	66,07-85,11		АСР 80/63	5,48	0,26	-	-
	79,43-89,13	Fe	Графит	1,00	0,17	-	-
	81,28-87,10			3,00	0,10	-	-
	77,62-85,11			5,00	0,40	-	-
	75,86-87,10			10,00	0,27	-	-
	74,13-87,10			15,00	0,32	-	-
	74,13-85,11			20,00	0,11	-	-
	75,86-79,43	Fe	____	____	0,10	-	-
	63,10-70,79	Ni	NbC	2,00	0,28	-	-
	2			5	6	7	8	9
	54,95-64,57			5,00	0,23	-	-
	54,95-63,10			10,00	0,20	-	-
	56,23-66,07			20,00	0,23	-	-
	57,54-67,61		ZrC	2,00	0,32	-	-
	53,70-67,61			5,00	0,27	-	-
	53,70-64,57			10,00	0,27	-	-

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9
III	87,10-93,32	Cu	АСР 80/63	10,39	0,33	-	-/64,86
	85,11-100,00		АСР 80/63	5,48	0,78	-	-/62,78
	89,13-93,32	Fe	Графит	1,00	0,40	-	-/1222,22
	87,10-93,32			3,00	0,30	-	-/1121,21
	85,11-93,32			5,00	0,13	-	-/1043,96
	87,10-95,50			10,00	0,13	-	-/970,00
	87,10-95,50			15,00	0,01	-	-/884,96
	85,11-91,20			20,00	0,20	-	-
	79,43-89,13	Fe	____	____	0,25	-	-/1750,00
	70,79-74,13	Ni	NbC	2,00	0,17	-	-/2177,78
	64,57-75,86			5,00	0,58	-	-/3550,00
	63,10-72,44			10,00	0,50	-	-/4147,10
	66,07-70,79			20,00	0,25	-	-/4312,50
	67,61-75,86		ZrC	2,00	0,25	-	-/2521,70
	67,61-72,44			5,00	0,60	-	-/3351,40
	64,57-70,79			10,00	0,33	-	-/3694,40

На I этапе деформации сыпучей среды, происходит перемещение частиц порошка в поры, причем с ростом давления прессования плотность прессовок возрастает за счет лучшей укладки частиц, и в меньшей мере, за счет роста их контактной поверхности. Этап  II хаpaктеризуется дальнейшим ростом контактной поверхности за счет деформации объема частиц, непосредственно прилегающего к контактам, это - стадия перехода от сыпучей к пористой связной среде. В точках касания частиц порошков развивается смятие. На этапе III развивается пластическая деформация частиц металлической основы - процесс деформации охватывает значительную часть объема частиц. Неперерезаемые частицы наполнителя являются препятствием для перемещения дислокаций. Причем уплотнение всех изученных в данной работе порошков подчиняется общим закономерностям прессования [1-4]: на начальных стадиях интенсивность уплотнения имеет максимальные значения, на последних - минимальные. Для каждого порошка можно выделить несколько линейных участков (интервалы относительной плотности для разных стадий прессования приведены в табл. 1).При повышении давления прессования наблюдается переход к линейным участкам с меньшем угловым коэффициентом, что отражено в численных значениях константы n

Вид, размер и количество частиц наполнителя влияют на движение и торможение дислокаций. Так, для композиций железный порошок - графит при давлении прессования 600 МПа получаются следующие значения плотности ρ образцов при изменении количества графита Гр:

Гр, %     ...     0       3      5      10     15     20

ρ, г/см²    ...   6,4    6,3   6,1    5,6    5,0    4,3

У  композиций никель - карбид ниобия NbC  имеют место следующие данные:

NbC, %  ...      2         5        10

ρ, г/см²    ...   6,10    5,60     5,55   

Как видно, введение в композицию частиц твердого наполнителя снижает плотность прессуемых образцов.

Литература:

1. Андриевский Р.А. Порошковое метериаловедение.- М.: Металлургия, 1991. 154 с.
2. Витязь П.А., Капцевич В.М., Косторнов А.Г. Формирование структуры и свойств пористых порошковых материалов - М: Металлургия. 1993. 240 с.
3. Скороход В.В., Солонин Ю.М., Уварова И.В. Химические, диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых материалов - Киев: Наук. думка. 1990. 248 с.
4. Федорченко И.М. Порошковая металлургия. Материалы, технология,свойства, области применения: Справочник. - Киев: Наук. Думка. 1985. 624 с.

---