Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении
Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Волгодонского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), в соответствии с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по госбюджетной теме 1.00. «Разработка теоретических и физических основ формирования… Читать ещё >
Содержание
- 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
- 1. 1. МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ШИХТ И ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ ЗАГОТОВОК
- 1. 1. 1. Компактирование порошка при комнатной темпе, ратуре
- 1. 1. 2. Компактирование порошков в горячем состоянии
- 1. 1. 3. Высокоэнергетические методы прессования
- 1. 2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ФОРМОВАНИЕ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА
- 1. 3. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
- 1. 1. МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ШИХТ И ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ ЗАГОТОВОК
Формирование порошкового материала при электропластическом уплотнении (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В последние годы методы порошковой металлургии (ПМ) широко внедряются в практику изготовления изделий самого различного назначения и охватывают многие отрасли техники. Это объясняется тем, что изделия из порошка по качеству и свойствам практически не уступают изделиям из компактного материала, а зачастую даже превосходят их.
ПМ является одним из наиболее прогрессивных процессов превращения металла в изделие. Это обуславливается как технико-экономическими показателями, так и ее возможностями создания материалов с особыми механическими и физико-химическими свойствами.
Важной особенностью ПМ является возможность изготавливать пористые материалы, работоспособность и области применения которых определяются структурой пор. Пористые материалы при соответствующей металлической основе являются прочными и устойчивыми против коррозии, могут работать в широком диапазоне температур, не засоряют фильтруемую жидкость продуктами фильтра, легко подвергаются механической обработке и сварке, допускают многократную регенерацию, обладают высокой теплои электропроводностью.
Основные преимущества ПМ перед другими технологическими процессами состоят:
— в резком сокращении расхода материалов и энергии при производстве изделийв многообразии и гибкости составов при создании новых композиционных материалов;
— в постоянстве состава и свойств изделийвысокой производительности, возможности автоматизации технологических операций;
— в создании структур с различной степенью гетерогенности.
Большим достоинством ПМ является то, что исходные материалы при производстве порошковых изделий могут быть получены как непосредственно из руд, так и из некоторых отходов металлургической и машиностроительной промышленности (стружки, облоя, окалины и т. п.).
Основными технологическими операциями при изготовлении изделий методами ПМ являются прессование и спекание. Вид технологии изготовления порошковых изделий и число операций определяются степенью их сложности и условиями эксплуатации.
Несмотря на наличие разработанных технологий ПМ продолжаются исследования их новых разновидностей, к которым можно отнести технологические процессы, основанные на совмещении операций с термическим и механическим воздействием на порошковый материал. Развитием этого направления можно считать электропластическое уплотнение (ЭПУ), сущность которого заключается в уплотнении порошковой шихты из насыпанного состояния при прямом пропускании через прессовку электрического тока.
Для порошковых заготовок и деталей, независимо от способа получения, их качество в первую очередь определяется величиной плотности и равномерностью ее распределения по объему изделия, так как эти параметры влияют на возможность дефектообразования, физико-механические свойства материала и его анизотропию.
Совершенствование и создание оригинальных технологических направлений обуславливают необходимость проведения дальнейших исследований с целью получения высокоплотных порошковых материалов различной степени сложности, что позволит в достаточно широком спектре расширить номенклатуру изготавливаемых методом ПМ деталей.
Актуальность темы
диссертации определяется возможностью прогнозируемого получения высокоплотных порошковых материалов с заданными формой, размерами и плотностью, что свидетельствует о высокой эффективности процесса. Реализация этой возможности определяет необходимость проведения специальных исследований.
На основе результатов проведенных исследований разработана технология изготовления детали «толкатель клапана двойного» тележки натяжения гусениц трактора «Т-130М».
При проведении аналитического обзора научно-технической литературы использовалась всемирная компьютерная сеть Интернет (сайт http://www. fips. ruhttp://www.sond. nsc. ruengbooks).
Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Волгодонского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), в соответствии с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по госбюджетной теме 1.00. «Разработка теоретических и физических основ формирования перспективных функциональных материалов» на 2000 — 2004 гг.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
1. Разработана технология ЭПУ, заключающаяся в совмещении операций уплотнения и электронагрева порошковой шихты, позволяющая получать порошковый материал с остаточной пористостью 2 — 6%.
2. В результате применение метода математического планирования эксперимента были установлены технологические параметры ЭПУ, обеспечивающие получение материала с остаточной пористостью ~ 1%.
3. Выявлены процессы, происходящие при ЭПУ, ограничивающие интервал варьирования технологических параметров. При недостаточном термодеформационном воздействии на уплотняемый материал наблюдается интенсивное окисление свободных поверхностей, затрудняющее сращивание при их последующем соприкосновении. В случае чрезмерно высокого уровня воздействия происходит образование жидкой фазы, приводящее к выплеску ее части из полости матрицы, образованию несплошностей кристаллизационного происхождения и созданию короткозамкнутого электрического контура в уплотняемом материале, ограничивающего тепловой эффект из-за локализации области протекания электрического тока.
4. Определено влияние технологических параметров ЭПУ на закономерности уплотнения и межчастичного сращивания, обеспечивающих формирование порошкового материала. Интенсивнее эти процессы протекают при циклическом приложении давления. Установлена область технологических режимов, обеспечивающих формирование внутрикристаллитного сращивания при уплотнении порошкового материала до остаточной пористости в пределах 2−6%.
5. Выявлена зависимость механических свойств порошкового материала от его плотности. Немонотонный характер данной зависимости объясняется различным влиянием технологических параметров процесса на уплотнение и сращивание. Наиболее высокими прочностными свойствами обладает материал с минимальной остаточной пористостью, характеризующий формирование на межчастичной поверхности внутрикристаллитного сращивания. Материал, имеющий низкие прочностные свойства обуславливает формирование межкристаллитного сращивания.
6. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации технологических параметров метода ЭПУ предложена опытно-промышленная технология изготовления толкателя клапана двойного тележки натяжения гусениц трактора «Т-130М». По предложенной технологии в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» ВИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) была изготовлена опытная партия деталей «толкатель клапана двойного». Детали прошли испытания как на стендах кафедры «Технология машиностроения» ВИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), так и в реальных условиях на предприятиях ГУП Аксайское ДРСУ г. Аксай, ВСЦМ (Волгодонской специализированный центр механизации) «РосдорНИИ» г. Волгодонск, ОАО «Порт-Кавказ» г. Волгодонск. Стендовые и эксплуатационные испытания показали соответствие детали «толкатель клапана двойного» предъявляемым требованиям, что подтверждается актом о внедрении.
Список литературы
- Ничипоренко О. С. Современные методы производства металлическихпорошков. Порошковая металлургия, № 1979, С. 1−10.
- Бальшин М. Ю. Научные основы порошковой металлургии волокна. М.:1. Металлургия, 1972, 336 с.
- Гегузин Я. Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967, — 360 с.
- Дорофеев Ю. Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковыхзаготовок. М.: Металлургия, 1977, — 216 с.
- Ермаков С. С., Вязников Н. Ф. Металлокерамические детали вмашиностроении. — Л.: Машиностроение, 1975, -232 с.
- Жданович Г. М. Теория прессования металлических порошков. М.:1. Металлургия, 1969, 264 с.
- Раковский В. С. Спеченные материалы в технике. М.: Металлургия, 1978,-231с.
- А.С. 108 911 СССР. Технологическая смазка для горячей обработки давлением порошковых изделий / Ю. Г. Дорофеев, А. И. Малеванный, Б. М. Симилейский, С. Н. Сергеенко // Открытия. Изобретения. 1984. -№ 16. -С. 79.
- Бекофен В. Процессы деформации.- М: Металлургия, 1977, — 228 с.
- Дорофеев Ю. Г., Мариненко Л. Г., Устименко В. И. Конструкционные порошковые материалы и изделия.- М.: Металлургия, 1986, 144 с.
- Дорофеев Ю. Г., Малеванный А. И., Сергеенко С. Н. Закономерности уплотнения при горячей штамповке пористых порошковых формовок. II. Оптимизация технологических параметров поперечной горячей штамповки // Порошковая металлургия. 1987.- № 2. — С. 17−20.
- Дорофеев Ю. Г., Устименко В. И. Порошковая металлургия отрасль прогрессивная. Опыт и перспективы развития. — Ростов.: Кн. изд-во, 1982. 192 е., ил.
- Ковальченко М. С. Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. Киев: Наукова думка, 1980.-238 с.
- Самсонов Г. В., Ковальченко М. С. Горячее прессование. Киев: Гос-техиздат УССР, 1962.-212с.
- Дорофеев Ю. Г., Дорофеев В. Ю., Бабец А. В. Теория получения металлических порошков и их формование. Учебное пособие. Новочеркасск 1998. 142с.
- Радомысельский И. Д., Печентковский Е. Л., Сердюк Г. Г. Пресс-формы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование. Ки-ев: техника, 1970,-172с.
- James P.I. Particle deformation during cold isostatic pressing of metal powders. Powder metallurgy, 1977, vol.20, № 4, p. 199−204.
- Кипарисов С. С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия.-М. Металлургия, 1980.-496с.
- Duncley J. J. and Gansnon R. J. The p/m Extrusion of tool steel Bar, the international journal of Powder Metallurgy and Powder Technology, 1977, vol. 13, № 1, p. 13−20.
- Motor Industry strengthens the Future of Powder metals. Metals and materials, 1978, p. 38−42.
- Справочник металлиста, т. 3. Под ред. А. Н. Малова. М.: Машиностроение, 1977. — 748 с.
- Прокатка металлических порошков/ Г. А. Виноградов, Ю. Н. Семенов, О. А. Катрус и др.// М. Металлургия, 1969. — 382 с.
- Аксенов Г. И., Ревякин В. П. О некоторых вариантах прокатки металлических порошков // Порошковая металлургия: Сб. докл. VIII Всесоюз. конф. по прогрессивным методам пр-ва деталей из порошков. — Минск.: Вышейшая шк., 1966. С. 89 — 96.
- Ложечников Е. Б. Прокатка в порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1987. — 185 с.
- А. с. 725 816 СССР. Рабочая клеть стана для прокатки порошков / Е. Б. Ложечников, П. И. Скоков, С. С. Клименков и др. // Открытия. Изобретения. 1980. — № 13. — С. 60 — 61.
- Ложечников Е. Б., Лабзин О. А. Центробежная прокатка порошка // Порошковая металлургия. 1989.- № 3. — С. 21 — 25.
- Дорофеев Ю. Г., Горшков С. А., Егоров С. Н. Некоторые особенности прессования металлических порошков в вакууме // Порошковая металлургия. 1979.- № 8. — С. 17−21.
- Ермаков С. С., Н. Ф. Вязников. Порошковые стали и изделия. -Л.: Машиностроение, 1990. 320 с.
- Вязников Н. Ф., Ермаков С. С. Металлокерамические материалы и изделия. Л.: Машиностроение, 1967. — 224 с.
- Формование деталей сложной конфигурации методом шликерного литья/ Л. С. Глен, Б. Л. Крит, Л. Е. Лигачев, и др.// Цветные металлы. 1984. -№ 7. — С. 83−84.
- Буланов В. Я., Небольсинов В. Н. Прогнозирование свойств спеченных материалов. М.: Наука, 1981. 156с.
- Гасанов Б. Г. Теория обработки металлов давлением. Учебное пособие. Новочеркасск 1999 г. 87с.
- Сб.: Высокоскоостное деформирование металлов. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1966. — 334 с.
- Применение методов порошковой металлургии в автомобилестроении капиталистических стран / Э. Т. Денисенко, Т. В. Еремина, Д. Ф. Калинович и др.// Порошковая металлургия. -1982.- № 9. С. 90−96.
- Манукян Н. В., Саркисян Д. Э. Исследование распределение деформаций при экструзии пористых металлических материалов. В кн.: Порошковая металлургия. — Ереван, 1970, с. 102−108.
- Brown G.T. Hot extrusion, theory and practice. Powder Metallurgy, 1977, vol. 20, № 1, p. 49−50.
- Friedman G. Properties of extruded Metal Powder. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1980, vol. 16, № 1, p. 29 -36.
- Nokita N., Kawamura Т., Kondo G. New low alloy steel Powder Provide Improved Mechanical Properties for p/m Forgings. p. 203 212.
- Park S.G. Park W.K. Properties of extruded Aluminium Iron p/m Materials. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1978, vol. 14,№ 4, p. 305−321.
- Sheppard T. and Meshane H. Analysis of pressure reguiraments for Powder Metallurgy, 1976, vol. 19, № 3, p. 121 125.
- Skelly H.M. Properties of p/m Forgungs made by six Methods. The International journal of Powder metallurgy and Powder Technology, 1978, vol. 14, № 1, p. 32−37.
- Ковальченко M. С. Уплотнение пористого тела при горячей ковке // Порошковая металлургия. 1974.- № 6. — С. 29 — 36.
- Дорофеев В. Ю. Исследование процесса формования зубчатых колес из нагретых пористых порошковых заготовок, структуры и свойства их материала. Дисс. канд. техн. наук. — Новочеркасск, 1982, — 181с.
- Цыркин А.Т. Исследование особенностей получения структуры и свойств металокерамических материалов для тяжелонагруженныхузлов тепловозов. Автореф. Дис. канд. тех. наук. Новочеркасск, 1971. -23с.
- Горячая объемная штамповка порошкового титана/ В. А. Павлов, Л. И. Живов, В. В. Щербина и др.// Порошковая металлургия. 1973.- № 8. — С. 15−19.
- Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М.: Металлургия, 1970.
- Тавадзе Ф. И., Манджгаладзе С. Н. Коррозионная стойкость титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1969.
- Рогозин В. Д. Взрывная обработка порошковых материалов. Волгоград. РПК «Политехник», 2002 г., 135с.
- Писарев С. П., Рогозин В. Д. Способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью сваркой взрывом // АС СССР № 1 732 572,1992 г.
- Взрывное прессование слоистых металло-керамических элементов электротехнического назначения / В. Д. Рогозин, С. П. Писарев, Ю. П. Трыков и др. // Слоистые композиционные материалы 98: Труды научно-технической конференции/- Волгоград 1998. — С. 139−140.
- Рогозин В. Д., Писарев С. П. Параметры нагружения при сварке взрывом с запрессовко порошка в трубчатых элементах. // Сварочное производство. 1998.-№ 11. С.7−9.
- Роман О. В. Развитие высокоэнергетических методов прессования в порошковой металлургии. В сб.: порошковая металлургия, вып.1. -Минск: высшая школа, 1977, с. 3−8.
- Дэвис Р. Применение высоких скоростей для прессования металлических порошков и ковки порошковых заготовок. — В сб.: Порошковая металлургия, вып.1. Минск: Вышейшая школа, 1977, с. 26 — 29.
- Современные технологии, материалы и изделия порошковой металлургии. Научно-практическая конференция, г. Ростов-на-Дону, 18−20 сентября 2002 г.
- Paul Skoglund. High density PM components by high velocity compaction. Доклад представлен на всемирном конгрессе по порошковой металлургии РМТЕС 2002 г., Орландо, США, июнь 2002 г., объем 11 стр., язык -английский.
- Исследование особенностей холодного и горячего прессования порошковых заготовок/ В. Е. Батурин, Ю. Д. Клебанов, Б. В. Розанов и др. //Порошковая металлургия. 1973.- № 8. — С. 10- 14.
- Bullhausen С. VDI-Zeitschrift. 1963. — № 16. — 658 р.
- Клебанов Ю. Д., Сумароков В. Н. ПТЭ. 1970. — № 3. — 224 с.
- Свенсен К. Физика высоких давлений. Физматиз. 1963.
- Энгстром У., Йохансон Б., Кнутссон П. Свойства материалов полученных при теплом прессовании улучшенных порошков. Материалы научно-практической конференции «Современные технологии, материалы и изделия порошковой металлургии». Ростов-на-Дону 2002г
- Рамстед М., Андерсон О., Видарсон X. Новые технологические разработки фирмы «Хеганес» по переработке порошков в высокоэффективные изделия. Доклад на Всемирном конгрессе по порошковой металлургии PMITEC 2002 г., Орландо, США, июнь 2002 г.
- Дорофеев Ю. Г. Эволюция теории и технологии горячей обработки давлением дискретных материалов. Порошковые и композиционные материалы и изделия: Сб. науч. тр./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2000.- С 4 12.
- Сопоставление данных теоретического и экспериментального определения давления при динамическом горячем прессовании / М. С. Ковальченко, Ю. Г. Дорофеев, Н. Т. Жердинский и др. // Порошковая металлургия. 1977.- № 6. — С. 30−35.
- Дорофеев Ю. Г., Колесников В. А. К вопросу о сущности явлений, протекающих при динамическом горячем прессовании пористых порошковых заготовок. Исследования в области порошковой и стружковой металлургии: том 221. Новочеркасск: РИО НПИ, 1969. — С 3−8.
- Чалмерс Б. Физическое металловедение. М.: Металлургиздат, 1963.
- Г. Д. Никифоров, В. В. Дьяченко, Б. Д. Орлов и др. // Сварочное производство. 1964. — № 5.
- Уплотнение порошковых материалов/ В. М. Сегал, В. И. Резников, В. Ф. Малышев и др. // Порошковая металлургия. 1979. — № 6. — С. 26 — 30.
- Андреева И. В., Радомысельский И. Д., Щербань Н. И. исследование уплотняемости порошков // Порошковая металлургия. 1975. — № 6. -С. 32−43.
- Грин Р. Дж. Теория пластичности пористых тел. Сб. переводов «Механика». 1973. — № 4. — С. 109 — 121.
- Хилл Р. Математическая теория пластичности. — М.: Гостехтеориздат. — 1956. -407 с.
- Бутыленко А. К., Соколовский В. Н. исследование уплотнения металлических порошков при нагреве под высоким давленеим до 80 кбар //Порошковая металлургия. 1978.- № 11. — С. 28−33.
- Понятовский Е. Г. О критической точке на кривой полиморфного превращения церия. ДАН СССР. — 1958. — № 5. — С 1021—1025.
- Брендли К. К. Применение техники высоких давлений при исследованиях твердого тела. М.: «Мир». 1972. — 232 с.
- Гельман А. С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. -302 с.
- Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: «Наука», 1972.-139 с.
- Дорофеев Ю. Г., Пруцаков В. Т., Скориков В. А. Особенности динамического горячего прессования металлических порошков, технология изготовления и свойства металлокерамических и шихтовых материалов. Новочеркасск. -1971.
- Блантер М. Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных. М.: Металлургиздат, 1952.
- Дорофеев Ю. Г., Пруцаков В. Т. Исследование скорости динамического прессования металлических порошков на некоторые свойства прессовок. Исследования в области порошковой и стружковой металлургии: том 221. Новочеркасск: РИО НПИ, 1969.
- Райченко А. И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987−122с.
- Формирование межчастичных контактов при спекании сферических порошковых частиц электрическим током / Г. JI. Буренков, В. Т. Бондарь, Н. А. Крылова и др.//Порошковая металлургия. 1987.- № 6. — С. 35−41.
- Буренков Г. JL, Райченко А. И., Сураева А. М. Динамика межчастичных взаимодействий сферических металлических порошков при электроспекании //Порошковая металлургия. 1987-- № 9. — С. 25−29.
- Особенности изменения пористости и дефектности структуры порошкового хрома при электроконтактном спекании / J1. О. Андрущик, О. Н. Балашкина, С. П. Ошкадеров и др. // Порошковая металлургия. 1987.-№ 11. — С. 35 -38.
- Структура и свойства порошкового хрома, спеченного методом электроконтактного нагрева/ J1. О. Андрущик, О. Н. Балашкина, С. П. Ошкадеров и др.//Порошковая металлургия. 1990.- № 3. — С. 34 — 39.
- Контактообразование при электроимпульсном спекании порошка титанового сплава / П. А. Витязь, В. М. Капцевич, К. Е. Белявин и др. // Порошковая металлургия. 1990.- № 7. — С. 20−23.
- Буренков Г. JI., Райченко А. И., Сураева А. М. Макроскопический механизм образования межчастичного контакта при спекании порошков электрическим током//Порошковая металлургия. 1989.- № 3. -С. 33 — 39.
- Патент на изобретение № 2 210 460 РФ. Способ изготовления изделий из шихты на основе металлического порошка/ Егоров С. Н., Медведев Ю. Ю., Егоров М. С., Егорова И.Ф./06.12.2001.
- Дорофеев Ю.Г., Попов С. Н. Исследование сращивания металлов при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия.-1971.—№ 2. С.44−51.
- Спиридонов, А А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение. — 1981.- 184 с.
- Адлер Ю.П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 276 с.
- Новик Ф.С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение- София: Техника, 1980. — 304 е., ил.
- Смирнов-Аляев Г. А., Чикидовский В. П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Д.: Машиностроение. -1972.-359 с.
- Шатт В. Порошковая металлургия, спеченные порошковые материалы. -М.: Металлургия, 1983″. 518 с.