Запропоновано алгоритм вибору оптимальних технологічних режимів отримання горячедеформірованних порошкових матеріалів (ГДПМ), що забезпечують високу експлуатаційну надійність деталей з них. Сформульовано завдання технологічної підготовки виробництва ГДПМ, а також рекомендовано використання перспективного програмного забезпечення, що дозволяє розробляти конструкцію пористої порошкової заготовки з урахуванням особливостей статистичного і динамічного пресування і значення вихідної пористості. Виявлено найбільш сприятливі умови зрощування, при яких рушійна сила міграції незначно перевищує інтегральну силу гальмування.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Медведєв Юрій Юрійович, Мецлер Андрій Альбертович, Сімілейскій Борис Михайлович, Єгоров Сергій Миколайович


THE ALGORITHM OF CHOICE TECHNOLOGICAL MODES OF GETTING HOT-DEFORMED POWDER MATERIALS

There is an algorithm of a choice of optimal technological modes of getting hot-deformed powder materials (HDPM), maintaining high operational reliability of details, made from them. There are formulated tasks of technological preparation of HDPM manufacture, and also there is a recommendation to use the perspective software, which allows developing of a design of porous powder blank taking into account features of static and dynamic pressing and initial porosity meaning.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритм вибору технологічних режимів отримання горячедеформірованних порошкових матеріалів'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм вибору технологічних режимів отримання горячедеформірованних порошкових матеріалів»

    ?_МЕТАЛЛУРГІЯ_

    УДК 621.762

    АЛГОРИТМ ВИБОРУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ ОТРИМАННЯ гарячодеформовані порошкових МАТЕРІАЛІВ

    © 2011 р Ю.Ю. Медведєв, АА. Мецлер, Б.М. Сімілейскій, С.Н. Єгоров

    Волгодонский інститут (філія) Institute (branch) of South-Russian

    Південно-Російського державного State Technical University

    технічного університету (Новочеркаського (Novocherkassk Polytechnic Institute),

    політехнічного інституту) Volgodonsk

    Запропоновано алгоритм вибору оптимальних технологічних режимів отримання горячедеформіро-ванних порошкових матеріалів (ГДПМ), що забезпечують високу експлуатаційну надійність деталей з них. Сформульовано завдання технологічної підготовки виробництва ГДПМ, а також рекомендовано використання перспективного програмного забезпечення, що дозволяє розробляти конструкцію пористої порошкової заготовки з урахуванням особливостей статистичного і динамічного пресування і значення вихідної пористості. Виявлено найбільш сприятливі умови зрощування, при яких рушійна сила міграції незначно перевищує інтегральну силу гальмування.

    Ключові слова: гарячодеформовані порошкові матеріали; технологічні режими; внутрікрістал-літної зрощування; межчастичного поверхню.

    There is an algorithm of a choice of optimal technological modes of getting hot-deformed powder materials (HDPM), maintaining high operational reliability of details, made from them. There are formulated tasks of technological preparation of HDPM manufacture, and also there is a recommendation to use the perspective software, which allows developing of a design ofporous powder blank taking into account features of static and dynamic pressing and initial porosity meaning.

    Keywords: hot-deformed powder materials; technological modes; innercrystallised merging; interspatial surface.

    Інтенсивний розвиток робіт з освоєння технології гарячої обробки тиском порошкових заготовок і розширення номенклатури виготовлених цим способом деталей конструкційного, антифрикційного і інших призначень вимагає ясного розуміння способів забезпечення високої експлуатаційної надійності, що досягається створенням оптимальних умов формування їх матеріалу. Виявлене в роботах [1, 2] відмінність між контактної і активованою поверхнями дозволяє сформулювати цілі, переслідувані при ущільненні і зрощуванні. Так, в першому випадку необхідно домогтися збігу площі контактної поверхні з номінальним перетином, а в другому - ставиться мета активації всієї контактної поверхні, наслідком якої є кількісне рівність їх площ, і, в підсумку, збіг площі перетину деталі з активованою поверхнею. Дане формулювання мети зрощування служить основою для його аналізу на всіх технологічних операціях отримання ГДПМ.

    Вибір технологічних режимів отримання ГДПМ є складною, багатоплановою задачею, так як має бути враховано все різноманіття явищ, які супроводжують формування порошкового матеріалу у вигляді готової деталі. Алгоритм рішення цієї задачі схематизувати на малюнку.

    Першим етапом роботи по встановленню технологічних режимів отримання деталі є аналіз вихідних даних, до яких відносяться її робоче креслення, склад порошкової шихти, вимоги до рівня експлуатаційних властивостей матеріалу.

    З точки зору технологічної підготовки виробництва повинні бути вирішені наступні завдання: визначення розмірів і конфігурації пористої заготовки, призначення температури і тривалості спікання, призначення температури гарячої допрес-совки і величини залишкової пористості.

    Подальша обробка отриманої деталі виходить з розгляду цієї роботи, присвяченій вирішенню питань щодо забезпечення внутрікрі-сталлітного зрощування на всій формованої в ході ущільнення контактної поверхні і не зачіпає процеси структуроутворення в ГДПМ, що відбуваються після досягнення поставленої мети.

    Сформульовані вище завдання носять комплексний характер, так як результати їх вирішення є взаємопов'язаними і зміна технологічних параметрів процесу на одній операції не може бути незалежним фактором і спричинить за собою їх коригування на інших операціях.

    У цих умовах необхідно підкреслити значення правильного вибору конфігурації і розмірів пористої заготовки, що є основою для виготовлення штампового оснащення. Перспективним, на наш погляд, є використання програмного забезпечення, що дозволяє створювати об'ємні моделі тіл будь-якої конфігурації, наділяючи їх деякими фізичними властивостями, наприклад щільністю. Як приклад можна назвати програму «Uni-graphics», особливістю якої є можливість організації лінків між файлами різних моделей. Конструювання пористої заготовки з ис-

    користуванням даної програми включає в себе наступні етапи.

    1. Створення моделі деталі з урахуванням напрямку статичного і динамічного пресування.

    2. Формування перетину пористої заготовки, перпендикулярного до напрямку статичного пресування.

    3. Поділ деталі на елементарні обсяги.

    4. Розрахунок маси елементарних обсягів. Формування обсягу пористої заготовки шляхом накладення елементарних обсягів, що входять в контур її робочого перетину, за умови їх равноплотності.

    5. Синтезування елементарних обсягів, що не враховуються в пункті 4, з найближчими обсягами, що увійшли в контур пористої заготовки, при збереженні цього значення вихідної пористості.

    6. Визначення числа нижніх пуансонів з незалежним переміщенням при статичному холодному пресуванні.

    7. Уточнення значень елементарних обсягів при збереженні маси матеріалу на ділянці кожного нижнього пуансона.

    8. апроксимування фасонної поверхні пористої заготовки для проектування пуансонов.

    Форма пуансонів і матриці для гарячого Доуп-лотненія створюється на підставі геометрії моделі готової деталі за допомогою організації лінків між моделлю деталі і моделями деталей штампів.

    У роботах [1, 3, 4] встановлено, що формування внутрікрісталлітной зрощування відбувається в умовах, що забезпечують звільнення межчастичного поверхні зрощування від дефектів, що відрізняють її від високоугловой межзеренного поверхні. До останніх відносяться неметалеві (оксидні) включення, субмікропори і підвищена сегрегація домішкових і легуючих елементів. Взаємодія МЧПС з цими складовими її будови визначає характер зрощування і, отже, рівень властивостей ГДПМ.

    Проведення операцій СХП і нагріву пористої заготовки має забезпечувати мінімізацію ступеня окислення МЧПС, що формується при подальшому зіткненні вільних поверхонь пористого тіла. Виявлена ​​в роботі [5] причина окислення МЧПС, що є наслідком збереження на стадії нагріву пористої заготовки зачинити в закритих порах повітря, і закономірності зміни характеру пористості на цій стадії, що послужили основою для побудови діаграми, що розділяє поле технологічних режимів на області, що розрізняються співвідношенням між відкритою і закритою пористої, дозволяють обгрунтувати призначення вихідної пористості і температури нагріву. Причому вибір цих технологічних параметрів обмежений площею відповідної області діаграми і дозволяє в її межах варіювати їх значення, що особливо важливо при складної конфігурації деталі, що утрудняє забезпечення равноплотності в різних перетинах заготовки.

    Певні в [6, 7] механізми заліковування субмікропор на стадії спікання служать основою для встановлення режимів цієї операції. У разі проведення спікання з метою гомогенізації матеріалу заготовки заліковування субмікропор не є лімітуючим процесом, так як тривалість гомогенізації, в переважній більшості випадків, забезпечить їх диффузионное заліковування незалежно від діючого механізму. Якщо спікання проводиться для підвищення технологічної міцності заготовки, то правильний вибір умов спікання, обов'язково узгоджений зі значенням вихідної пористості при конкретному вихідному порошку, дозволить скоротити його тривалість при забезпеченні прискореного заліковування субмікропор за рахунок їх захоплення мігруючої МЧПС.

    В умовах гарячої допрессовкі, яка характеризується тимчасової обмеженістю термодеформаційного впливу на ущільнюється матеріал, на перший план виходять динамічні процеси.

    Алгоритм вибору технологічних параметрів отримання ГДПМ

    Міграція МЧПС обмежується гальмуючим дією сегрегаційній атмосфери і субмікропор. Отже, забезпечення цього процесу можливо при формуванні відповідної дислокаційної структури, що визначає величину рушійної сили міграції.

    При цьому наочно проявляється взаємозалежне вплив вибору того чи іншого технологічного параметра на механізми і кінетику процесів, що відбуваються в порошковому матеріалі на різних стадіях його формування. Зокрема, щільність пористої заготовки впливає на ущільнення при СХП, на процеси, які супроводжують спікання, на зрощення і структуроутворення при гарячій допрессовкой. На першій операції її значення є непрямою оцінкою ступеня холодної пластичної деформації. При спіканні воно визначає не тільки згадане вище співвідношення між закритою і відкритою пористістю, а й відносні площі вільної і контактної поверхонь, що представляють собою геометричний фактор взаємодії складових порошкового тіла, як між собою в зоні зрощування, так і з зовнішньої газовим середовищем. У процесі гарячої допрессовкі ставиться мета досягнення максимального ступеня ущільнення, отже, матеріал прессовок з різними значеннями вихідної пористості піддається на цій операції різного рівня деформаційного впливу, що є істотним чинником, що визначає умови формування порошкового матеріалу.

    Дослідження розвитку контактної поверхні показало, що в процесі гарячої допрессовкі спостерігається інтенсивне зростання активованої контактної поверхні неспеченних заготовок. Причому обсяг матеріалу зі сформованим внутрікрісталлітной зрощенням практично не залежить від попереднього спікання. Таким чином, на цій технологічній операції усувається незавершеність зрощування, допущена при СХП і спіканні.

    Що ж стосується контактних поверхонь, що формуються при гарячому доуплотненіе, то забезпечення внутрікрісталлітной зрощування є обов'язковою умовою вибору технологічних параметрів цієї операції. Для цього необхідно узгодити величину рушійної сили міграції МЧПС з силою гальмування від дії включень другої фази і сегрегації. Принципово можливі три варіанти розвитку зрощування. Якщо сила гальмування значно перевершує рушійну силу міграції, то МЧПС заблокована, і структура в зоні контакту характеризується межкристаллитного зрощенням. У разі значного перевищення рушійної сили міграції над силою гальмування МЧПС легко відривається від зернограничного дефектів, формується внутрікрісталлітной зрощування, але додаткове поява внутрізеренних дефектів не сприяє підвищенню властивостей ГДПМ. Найбільш сприятливі умови зрощування, при яких рушійна сила міграції незначно перевищує інтегральну силу гальмування. Мігруюча МЧПС захоплює за

    собою субмікропори і Сегрегаційний атмосферу, сприяючи, тим самим, заліковування субмікропор і зменшення рівня сегрегації до рівноважного, властивого високоугловой кордоні зерна. У цьому випадку спостерігається внутрікрісталлітной зрощування і максимальний ступінь заліковування структурних дефектів, характерних для межчастичного поверхні.

    У роботах [8, 9] проведено аналіз сил гальмування МЧПС і визначені значення рушійної сили її міграції в залежності від умов гарячої допрес-совки і характеристики вихідного порошку. Грунтуючись на застосованої методики і результати обчислення енергетичних складових міграції, можна обґрунтовано визначити режими гарячої допрес-совки, щоб забезпечити найкращі умови формування ГДПМ.

    При виготовленні найбільш відповідальних деталей, що працюють в навантажених умовах, слід враховувати явище ретардірованія зрощування, що полягає в тому, що на контактних поверхнях, що утворилися в кінці ущільнення, ступінь спільної пластичної деформації недостатня для формування на цих ділянках внутрікрісталлітной-го зрощування в динамічних умовах. Дана обставина накладає певне обмеження на вибір температури гарячої допрессовкі, значення якої повинно бути достатнім для протікання квазістатичного зрощування при посліді-формационном охолодженні. Таким чином, в цих випадках рекомендується вибирати температуру гарячого доуплотненіе, близьку до верхньої межі певного температурного інтервалу.

    література

    1. Дорофєєв В.Ю., Єгоров С.Н. Межчастичного зрощування при формуванні порошкових гарячодеформовані-них матеріалів. М., 2003. 152 с.

    2. Єгоров С.Н. Умови розвитку активованої контактної поверхні при формуванні горячештампованной-них порошкових матеріалів // Металург. 2004. № 1. С. 50 - 52.

    3. Дорофєєв В.Ю., Єгоров С.Н. Механізми межчастичного зрощування // Изв. вузів. Сев.-Кавк. регіон. Техн. науки. 2004. Додаток № 8. С. 5 - 9.

    4. Дорофєєв В.Ю., Єгоров С.Н. Розвиток робіт в області проблеми межчастичного зрощування // Наукові школи ЮРГТУ (НПІ): Історія. Досягнення. Внесок у вітчизняну науку: зб. науч. ст. / Юж.-Рос. держ. техн. ун-т. Новочеркаськ, 2007. С. 466 - 470.

    5. Дорофєєв Ю.Г., Єгоров С.Н. Деякі особливості окислення пористих заготовок в процесі нагрівання перед динамічним гарячим пресуванням // Порошкова металургія. 1978. № 6. С. 26 - 29.

    6. Єгоров С.Н. Наукові основи межчастичного зрощування при формуванні горячедеформірованних порошко-

    вих матеріалів і принципи вибору технологічних параметрів їх отримання: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Новочеркаськ, 2003. 33 с.

    7. Єгоров С.Н., Єгоров М.С. Визначення критичного розміру субмікропор // Проблеми машинобудування і технології матеріалів на рубежі століть: зб. ст. VIII ме-ждунар. наук.-техн. конф., 28 - 30 травня 2003, м Пенза, 2003. Ч. 2. С. 122 - 124.

    8. Dorofeev V., Egorov S. Interparticle Joining Surface Migration // Science of Sintering. 2005. Vol. 37. № 3. Р. 225 -230.

    9. Єгоров М.С. Наукові основи межчастичного зрощування при формуванні горячедеформірованних порошкових матеріалів і принципи вибору технологічних параметрів їх отримання: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркаськ, 2003. 18 с.

    Надійшла до редакції 6 червня 2011 р.

    Медведєв Юрій Юрійович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технологія машинобудування», Волгодонский інститут (філія) Південно-Російського державного технічного університету (Новочеркаський політехнічний інститут).

    Мецлер Андрій Альбертович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технологія машинобудування», Волгодон-ський інститут (філія) Південно-Російського державного технічного університету (Новочеркаський політехнічний інститут).

    Сімілейскій Борис Михайлович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технологія машинобудування», Волго-Донський інститут (філія) Південно-Російського державного технічного університету (Новочеркаський політехнічний інститут).

    Єгоров Сергій Миколайович - д-р техн. наук, завідувач кафедрою «Технологія машинобудування», Волго-Донський інститут (філія) Південно-Російського державного технічного університету (Новочеркаський політехнічний інститут).

    Medvedev Yuri Yurevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology of Machine building» Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute), Vol-godonsk.

    Metsler Andrey Albertovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology of Machine building» Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute), Volgodonsk.

    Simileisky Boris Mikhailovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology of Machine building» Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute), Volgodonsk.

    Yegorov Sergey Nikolayevich - Doctor of Technical Sciences, head of department «Technology of Machine building» Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute), Volgodonsk.


    Ключові слова: Гарячодеформовані ПОРОШКОВІ МАТЕРІАЛИ / ТЕХНОЛОГІЧНІ РЕЖИМИ / внутрікрісталлітной зрощування / межчастичного Поверхность / HOT-DEFORMED POWDER MATERIALS / TECHNOLOGICAL MODES / INNERCRYSTALLISED MERGING / INTERSPATIAL SURFACE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити