Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Установление зависимости между приложенным давлением и плотностью прессовок - одна из важнейших задач теории и практики 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 алмазов 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), характеризующего 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

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 характеризуется 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.