Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОСОБЕННОСТИ УПЛОТНЯЕМОСТИ ДВУХФАЗНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

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.

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).

p

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 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.

Библиографическая ссылка

Мурашова Н.А. ОСОБЕННОСТИ УПЛОТНЯЕМОСТИ ДВУХФАЗНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 4. – С. 12-16;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12463 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074