Підвищення міцнісних властивостей порошкових виробів пресуванням карбідовмісної шихти на основі заліза - Автореферат

Аналіз номенклатури деталей, що випускаються й застосовуються на різних підприємствах України, показав наявність великої групи виробів, перспективних для виготовлення з металевих порошків. Але внаслідок тяжких умов експлуатації порошкові вироби повинні наближатися за міцністю й твердістю до виробів, отриманих із литої сталі. Тема дисертації відповідає Закону України «Про пріоритетні напрями інноваційної діяльності в Україні» від 16.01.2003 р., №433-IV (стаття 8, положення 4 «Сучасні конструкційні матеріали, технології їхнього виробництва й застосування») і входить до плану НДР Донбаської державної машинобудівної академії. · установити вплив карбідовмісних домішок на технологічні параметри процесу пресування в суміші із залізним порошком (тиск пресування, відносну щільність і шпаристість, напруження видалення з матриці, величину пружної післядії); При виконанні роботи застосовані експериментальні методи визначення тиску пресування, напруження випресовування зразків із матриці, відносної щільності, величини пружної післядії, механічних характеристик спечених порошкових виробів, включаючи випробування на міцність при розтяганні, ударну вязкість, зносостійкість, а також вимірювання твердості.У розділі 1 «Стан проблеми й вибір напрямків дослідження» розглянуто процес пресування порошкових сумішей заліза, що містять домішки твердих порошків із низькою пластичністю (наприклад, карбідів), який досліджували Клименко В. М., Радомисельський І. Д., Напара-Волгіна С. Г., Дорофєєв Ю. Г., Анциферов В. М., Криштал М. О., Львовський М. М., Димченко В. А., Єрмаков С. С., Косолапова Т. Я., Власюк Р. З. та інші вчені. У розділі коротко описано технологію виробництва порошкових деталей, процес пресування порошкових сумішей і його особливості, залежності щільності порошкових виробів від тиску пресування й шляхи підвищення механічних властивостей пресованих і спечених порошкових виробів. Відзначено, що ефективним методом підвищення твердості є термічна обробка, якій піддається значна частина сталевих виробів, але вона не одержала широкого поширення в промисловості при виробництві деталей із порошків. У розділі 2 «Методика проведення досліджень» наведено методику підготовки порошків і складання порошкових сумішей, описано змішувальний пристрій. Вплив вмісту карбідів на ущільнюваність суміші при пресуванні в інтервалі тисків 250-1500 МПА зображено на діаграмах залежностей відносної щільності порошкових зразків від тиску пресування (рис.У дисертації виконано нові науково-технічні розробки з розвитку й удосконалення технології пресування порошкових деталей, легованих карбідовмісними домішками, і на цій основі вирішено актуальне завдання підвищення міцності й зносостійкості порошкових виробів, що має важливе практичне значення. Аналіз стану питання показав, що введення порошку чистого хрому в шихту не приводить до підвищення механічних властивостей порошкових матеріалів на основі заліза. Додавання в шихту стеарату цинку в кількості 0,5-1,5 % значно зменшує напруження випресовування хромистих зразків при однаковому тиску пресування. Коефіцієнт бічного тиску зразків із додаванням карбіду хрому зростає зі збільшенням тиску пресування й зменшується зі збільшенням вмісту карбіду в шихті. Так, зі збільшенням вмісту карбіду хрому в шихті від 0 до 10 % коефіцієнт бічного тиску зменшується від 0,48 до 0,32 при тиску пресування 400 МПА; від 0,55 до 0,40 - при тиску пресування 750 МПА; та від 0,58 до 0,44 - при тиску пресування 1000 МПА.

Основний зміст роботи

У дисертації виконано нові науково-технічні розробки з розвитку й удосконалення технології пресування порошкових деталей, легованих карбідовмісними домішками, і на цій основі вирішено актуальне завдання підвищення міцності й зносостійкості порошкових виробів, що має важливе практичне значення.

1. Аналіз стану питання показав, що введення порошку чистого хрому в шихту не приводить до підвищення механічних властивостей порошкових матеріалів на основі заліза. Перспективним напрямом є підвищення міцнісних властивостей порошкових виробів за рахунок додавання в шихту на основі заліза порошків хромовмісних домішок.

2. Карбід хрому є однією з кращих хромовмісних легувальних домішок. Він забезпечує високі показники міцності порошкових виробів на основі заліза. Додавання порошків карбідів Cr3C2, Mo2C, VC у кількості 2-10 % до порошку заліза приводить до зниження ущільнення суміші. Напруження випресовування зразків із досліджуваних композицій становить 10-30 % від тиску пресування без використання твердих мастил і 8-20 % - у випадку їхнього використання.

3. Додавання в шихту стеарату цинку в кількості 0,5-1,5 % значно зменшує напруження випресовування хромистих зразків при однаковому тиску пресування. Додавання в шихту порошку графіту в кількості 0,5 % зменшує напруження випресовування, але не в такій мірі, як стеарат цинку. При комплексному введенні в шихту 1 % стеарату цинку й 0,5 % графіту істотно знижується напруження випресовування в порівнянні з тим, якщо вводити окремо 0,5 % графіту або 1 % стеарату цинку.

4. Коефіцієнт бічного тиску зразків із додаванням карбіду хрому зростає зі збільшенням тиску пресування й зменшується зі збільшенням вмісту карбіду в шихті. Так, зі збільшенням вмісту карбіду хрому в шихті від 0 до 10 % коефіцієнт бічного тиску зменшується від 0,48 до 0,32 при тиску пресування 400 МПА; від 0,55 до 0,40 - при тиску пресування 750 МПА; та від 0,58 до 0,44 - при тиску пресування 1000 МПА.

5. Величина пружної післядії зростає зі збільшенням тиску пресування й вмісту порошків карбідів Cr3C2 у шихті. Так, додавання 1 % карбіду хрому в шихту збільшує пружну післядію втулки діаметром 30 мм після її виймання зі штампа на 0,05 мм.

6. Найкращі властивості мають зразки з порошку заліза із вмістом карбідів (окремо по масі): 5 % карбіду хрому, 7 % карбіду молібдену, 3 % карбіду ванадію, які спресовані при тиску 750 МПА. При цьому додавання карбіду хрому дозволяє одержати найбільшу міцність виробів (?в = 750 МПА), а додавання карбіду молібдену - найбільшу ударну вязкість (КС = 520 КДЖ/м2). За міцністю й пластичністю порошкові матеріали, леговані хромовмісними домішками, близькі до литих сталей відповідного складу, але істотно перевершують їх за твердістю.

7. Розраховано кореляційні залежності щільності й напруження випресовування від тиску пресування, що дозволяють прогнозувати зусилля, необхідні для пресування й випресовування порошкових виробів із різним вмістом карбідної фази, що є важливим при розробці технологічних процесів пресування порошкових деталей.

8. Результати дисертаційної роботи у вигляді нових технічних рішень і практичних рекомендацій застосовані на НВП «Крамтехцентр», ТОВ «НДІПТМАШ - дослідний завод», ДП «УКРНДІМЕТАЛУРГМАШ». Застосування даних рекомендацій дозволило підвищити конкурентоспроможність, міцність і зносостійкість порошкових деталей і знизити трудовитрати при їх виробництві.

1. Михайленко Б. Е. Выбор хромсодержащей легирующей добавки для получения порошковых сталей / Б. Е. Михайленко, В. Г. Корж, В. В. Корж // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2000. - С. 246-248.

2. Михайленко Б. Е. Выбор оптимальной пористости и количества вносимой смазки для получения хромистой порошковой заготовки под последующую горячую штамповку / Б. Е. Михайленко, В. В. Корж, В. Г. Корж // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : тематичний зб. наук. праць. - Краматорськ - Словянськ : ДДМА, 2000. - С. 283-286.

3. Михайленко Б. Е. Исследование влияния изменения давления прессования на плотность и пористость прессовки из хромистого порошкового материала / Б. Е. Михайленко, В. В. Корж, В. Г. Корж // Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском : тези доповідей на Міжнар. наук.-техн. конференції. - Вінниця, 2001. - С. 92-93.

4. Исследование технологических параметров горячей штамповки порошковой хромистой стали / Б. Е. Михайленко, С. Г. Прийменко, В. В. Корж, В. Г. Корж // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2002. - С. 362-365.

5. Лаптев А. М. Исследование величины коэффициента бокового давления при прессовании железного порошка с добавками карбида хрома / А. М. Лаптев, В. В. Корж // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2002. - С. 174-176.

6. Корж В. В. Исследование влияния гранулометрического состава и количества карбида хрома на процесс прессования порошка железа / Корж В. В. // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2003. - С. 608-610.

7. Корж В. В. Исследование влияния давления прессования на плотность и напряжение выпрессовки смеси порошка железа и карбида хрома / Корж В. В. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2004. - С. 456-460.

8. Корж В. В. Исследование влияния стеарата цинка на процесс прессования порошковой шихты с содержанием карбида хрома / Корж В. В. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2005. - С. 374-378.

9. Корж В. В. Исследование процесса спекания хромистых порошковых прессованных образцов в интервале температур 1150 °С-1200 °С / В. В. Корж, А. М. Лаптев, В. Г. Корж // Интеллект молодых - производству 2005 : сборник тезисов IV Междунар. наук.-практ. конференции молодых ученых и специалистов. - Краматорск, 2005. - С. 74-75.

10. Корж В. В. Металлографические исследования структурных составляющих прессованных хромистых образцов после спекания в интервале температур 1150 °С-1280 °С и изотермической выдержке 5, 15, 30, 45, 60 мин / В. В. Корж, А. М. Лаптев // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2007. - С. 83-86.

11. Корж В. В. Получение хромистих порошковых деталей горячей штамповкой без предварительного спекания / Корж В. В. // Обработка материалов давлением: сб. науч. трудов. - Краматорск : ДГМА, №2(21)-2009. - С. 329-332.

12. Корж В.В. Выбор хромсодержащей легирующей добавки для получения конструкционной порошковой стали / В. В. Корж, А. М. Лаптев // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: сб. науч. трудов, выпуск 46. - Харьков: ХНАДУ, 2009. - С. 102-104.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: [1] - вибір хромовмісних легувальних домішок, обробка й аналіз результатів досліджень; [2] - розробка методики проведення експериментів, пресування зразків, обробка й аналіз результатів досліджень; [3] - пресування зразків, обробка й аналіз результатів досліджень; [4] - визначення середовища нагрівання порошкових зразків, проектування пресового оснащення, вибір технологічних параметрів, обробка й аналіз результатів досліджень; [5] - проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів досліджень; [9] - вибір технологічних параметрів, обробка й аналіз результатів досліджень; [10] - розробка методики проведення експериментів, пресування зразків, обробка й аналіз результатів досліджень; [12] - постановка завдання, розробка методики проведення експериментів, пресування зразків, вибір хромовмісної легувальної домішки, обробка й аналіз результатів досліджень.