CC BY
10
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2017. No 4
СООБЩЕНИЯ REPORTS
УДК 621.762 DOI: 10.17213/0321-2653-2017-4-129-132
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖЧАСТИЧНОГО СРАЩИВАНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОМ УПЛОТНЕНИИ
© 2017 г. С.Н. Егоров1, Т.А. Литвинова2, В.Г. Тамадаев1, Л.Б. Шрон2
1 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия, 2Севастопольский государственный университет, г. Севастополь, Россия
FACTORS AFFECTING THE FORMATION OF INTER-PARTICLE CROSSING IN ELECTROCONTACT SEAL
S.N. Egorov1, ТЛ. Litvinova2, V.G. Tamadaev1, L.B. Shron2
1Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia, 2Sevastopol State University, Sevastopol, Russia
Егоров Сергей Николаевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Технология машиностроения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: [email protected]
Литвинова Татьяна Анатольевна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Севастопольский государственный университет, г. Севастополь, Россия. E-mail: [email protected]
Тамадаев Вячеслав Гаранович - канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Технология машиностроения», ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: [email protected]
Шрон Леонид Борисович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Севастопольский государственный университет, г. Севастополь, Россия. E-mail: [email protected]
Egorov Sergey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Engineering technology», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: [email protected]
Litvinova Tatiana Anatolevna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Engineering technology», Sevastopol State University, Sevastopol, Russia. E-mail: [email protected]
Tamadaev Vyacheslav Garanovich - Candidate of Technical Sciences, head of the department «Engineering technology», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: [email protected]
Shron Leonid Borisovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Engineering technology», Sevastopol State University, Sevastopol, Russia. E-mail: [email protected]
Рассмотрено формирование порошковой стали методом электроконтактного уплотнения с остаточной пористостью 1,5 - 2 %, которое происходит при одновременном термомеханическом воздействии на уплотняемую шихту. Отмечено влияние на процесс межчастичного сращивания технологических параметров процесса. Определены значения технологических режимов электроконтактного уплотнения, которые инициируют процессы сращивания на контактных поверхностях. Установлены факторы, оказывающие преобладающее воздействие на этот процесс, и сформулированы рекомендации, направленные на повышение качества межчастичных контактов и уменьшение пористости макроструктуры консолидирующегося материала.
Ключевые слова: электроконтактное уплотнение; пористость; формирование; порошковая сталь; технологические режимы.
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2017. No 4
The formation of powder steel by the method of electrocontact compaction with a residual porosity of 1,5 -2 % is considered, which occurs when the technological parameters of the electrocontact seal are simultaneously influenced by the compacted charge and from the range of variation of these parameters. Technological regimes of electrocontact sealing are determined, which initiate the processes of splicing on contact surfaces and mechanisms of compaction of powder steel. The factors that have a predominant effect on this process are identified, and recommendations are formulated aimed at improving the quality of interparticle contacts and reducing the porosity of the macrostructure of the consolidating material.
Keywords: electrocontact compaction; porosity; formation; powder steel; technological regimes.
Введение
В работах [1 - 3] рассмотрена взаимосвязь технологических режимов электроконтактного уплотнения (ЭКУ) и процессов, происходящих на контактных поверхностях. Данная работа направлена на определение факторов, оказывающих преобладающее воздействие на эти процессы, и сформулированы рекомендации, направленные на повышение качества межчастичных контактов и уменьшение пористости макроструктуры консолидирующегося материала. В связи с этим большой интерес представляет получение порошковых сталей методами ЭКУ, заключающегося в уплотнении порошковой шихты при прямом пропускании электрического тока [4 - 6].
В качестве исходных материалов использовали порошки железа марки ПЖР 3.200.28 ГОСТ 9849-86 и графита карандашного марки ГК-1 ГОСТ 4404-78. В табл. 1, 2 представлены их характеристики.
Таблица 1 / Table 1
Характеристики порошка железа марки ПЖР 3.200.28 / Characteristics of an iron powder of the brand ПЖР 3.200.28
Железо Массовая доля, %, не более
С Si Mn S P O
основа 0,05 0,08 0,20 0,02 0,02 0,5
Таблица 2 / Table 2
Характеристики порошка графита ГК-1 Characteristics of graphite powder ГК 1
Зольность, % Содержание влаги, % Выход летучих веществ, % Остаток на сите № 0063, %
1,0 0,5 0,5 0,5
Состав шихты выбирался с таким расчетом, чтобы в результате ЭКУ была получена сталь с содержанием углерода 0,45 %, которая широко применяется в машиностроении [7].
Навеска шихты засыпается в матрицу, помещенную в рабочую камеру, продуваемую аргоном. Стенки матрицы обрабатываются фторидом кальция, а торцы пуансонов, контактирующие с шихтой,- графитом. Усилие прессования создаётся лабораторным гидравлическим прессом с максимальным усилием прессования Р = 7600 Н, достигаемым повышением давления масла. В качестве источника тока используется сварочный выпрямитель для ручной дуговой сварки (РДС) ВДУ-1201 (ГОСТ 13821-77). Сила тока варьируется от 0 до 1000 А и измеряется встроенным амперметром. Плотность тока J рассчитывается по номинальному сечению образца. При уплотнении используется двухсторонняя схема прессования с плавающей матрицей [8 -9].
Механизмы формирования межчастичного сращивания применительно к горячештампован-ным порошковым сталям описаны в [10]. Явления, сопровождающие развитие межчастичного твердофазного взаимодействия, протекают в условиях интенсивной пластической деформации, обусловливающей уплотнения и структуро-образование порошкового материала. Общим для технологии ЭКУ и горячей штамповки пористой заготовки является одновременное протекание нескольких процессов: уплотнение, развитие межчастичного сращивания и структуро-образование порошкового материала в областях, ограниченных бывшими поверхностями частиц порошка. Эти технологии имеют и существенные различия, обусловливающие особенности формирования качественного межчастичного сращивания. В частности, в технологии ЭКУ отсутствуют операции получения предварительной пористой формовки и ее печного нагрева. Поэтому целью настоящей работы является выявление сущности процессов, ответственных за формирования порошкового материала. Формирование порошковой стали происходило при следующих режимах: J = 24 - 36 МА/м2; т = 10 - 90 с; р = 120 - 420 МПа (т - продолжительность электросилового воздействия). В качестве критерия качества межчастичного сращива-
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2017. No 4
ния использовался предел прочности порошкового материала при растяжении ов [10, 11].
Данные исследования показали, что применение только электрического воздействия в течение 70 с без приложения усилия уплотнения приводит к возникновению металлических связей на контактной поверхности, образованной при засыпке порошковой шихты в матрицу (ов = 100 - 140 МПа). При приложении только давления прессования наблюдается контактное взаимодействие, которое характеризуется низкой прочностью, характерной для формовок, изготовленных статическим холодным прессованием (ов = 30 - 50 МПа). При уплотнении порошковой шихты с одновременным приложением усилия прессования и пропусканием электрического тока прочность соединения возрастает, что свидетельствует о развитии межчастичного сращивания. Учитывая содержание в шихте графита, целесообразно оценивать качество сращивания гомогенизированного материала [8]. Эксперименты, проведенные при варьировании трех технологических параметров, показали экстремальную зависимость предела прочности от условий ЭКУ.
Максимальное значение предела прочности (ов = 440 МПа) имеет порошковая сталь, сформированная при следующих режимах ЭКУ: J = 32 МА/м2; р = 380 МПа; т = 70 с. При таких режимах уплотнение порошковой шихты происходит до значений остаточной пористости 1,5-2,0 % с образованием контактной поверхности площадью, соотвествующей номинальному сечению формовки. При проведении ЭКУ с меньшими значениями плотности тока, давления прессования и длительности процесса прочность порошковой стали не достигает максимального значения. Это обстоятельство можно объяснить следующими причинами: меньшей площадью межчастичного контакта, недостаточной активацией материала в зоне сращивания. По этим причинам снижается интенсивность образования ювенильного межчастичного контакта, не достигается оптимальный уровень деформационного упрочнения и, как следствие, уменьшается движущая сила миграции межчастичной поверхности сращивания. Снижение значений предела прочности порошковой стали, сформированной при режимах ЭКУ, превышающих оптимальные значения, объясняются следующими обстоятельствами. Повышение плотности тока и длительности его пропускания приводит к локальному плавлению материала в зоне сращивания и обра-
зованию микроструктуры с дефектами, свойственными литым материалам [11]. В случае превышения величины давления прессования наблюдается снижение неравномерности накопленных деформационных дефектов в смежных объемах материала, разделенных межчастичной границей. Формирование такой структуры затрудняет коалесценцию субзерен и образование зародышей динамической рекристаллизации, что не способствует миграции межчастичной поверхности сращивания.
Заключение
Исходя из анализа проведённых исследований, можно заключить, что формирование межчастичного сращивания происходит в результате миграции межчастичной поверхности сращивания.
В процессе уплотнения порошковой стали наблюдаются явления, свойственные как твердофазному сращиванию, так и сращиванию в присутствие жидкой фазы. Недопустимость образования последней является ограничительным фактором варьирования технологических параметров электроконтактного уплотнения, создающих уровень термомеханического воздействия на уплотняемую шихту.
Установлены оптимальные технологические параметры ЭКУ (J = 36 МА/м2; т = 70 с; p = 380 МПа), обеспечивающие формирование порошковой стали с остаточной пористостью 1,5-2 % и максимальной прочностью.
Литература
1. Егоров С.Н., Мецлер А.А., Медведев Ю.Ю., Литвинова Т.А. Гомогенизация материала, полученного электроконтактным уплотнением порошковой бронзы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2010. № 3. С. 51 - 53.
2. Егоров С.Н., Медведев Ю.Ю. Влияние режимов электропластического уплотнения на пористость порошкового материала: Материалы науч.-практ. конф. «Современные технологии в машиностроении - 2003» 26-27 апр. 2003 г. / Пензенский гос. ун-т. Пенза, 2003. С. 12 - 14.
3. Литвинова Т.А. Формирование порошковой стали методом электроконтактного уплотнения: автореф. дис... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2010.
4. Закономерности уплотнения и гомогенизации порошковой стали при ее формировании методом электроконтактного уплотнения / С.Н. Егоров, Т.А. Литвинова, Х.К. Ризаев, Г.А. Шуваев // Инженерный вестник Дона, 2015. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive /n1y2015/2792 (дата обращения 25.08.2017).
5. Litvinova T.A., Egorov S.N. The influence of production modes of the electrocontact compaction on the porosity of the powder steel // Russian Journal of Non - Ferrous Metals. 2011. Vol. 52, № 1. P. 101 - 102.
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2017. No 4
6. Litvinova T.A., Egorov S.N. Features of powder steel formation with electric - contact compaction. // Metallurgist. 2013. № 3-4. Р. 342 - 345.
7. Литвинова Т.А., Егоров С.Н. Механические свойства порошковой стали, полученной методом электроконтак-ного уплотнения // Металлург. 2010. № 1. С. 65 - 67.
8. Литвинова Т.А., Егоров С.Н. Закономерности формирования порошковой стали при электроконтактном уплотнении // Металлург. 2013. № 4. С. 94 - 97.
9. Литвинова Т.А., Егоров С.Н., Медведев Ю.Ю. Кристаллографические аспекты гомогенизации железографитовой композиции // Металлург. 2010. № 6. С. 40 - 42.
10. Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформируемых материалов. М.: Металлургиздат, 2003. 152 с.
11. Литвинова Т.А., Егоров С.Н. Влияние способа получения железного порошка на формирование порошковой стали при электроконтактном уплотнении // Металлург. 2015. № 3. С. 57 - 60.
References
1. Egorov S.N., Metsler A.A., Medvedev Yu. Yu., Litvinova T.A. Gomogenizatsiya materiala, poluchennogo elektrokontaktnym uplotneniem poroshkovoi bronzy [Homogenization of the material received by electrocontact consolidation of powder bronze]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2010, no. 3, pp. 51-53.
2. Egorov S.N., Medvedev Yu.Yu. [Influence of the modes of electroplastic consolidation on porosity of powder material]. Materialy nauch.-prakt. konf. «Sovremennye tekhnologii v mashinostroenii - 2003» [Materials of the scientific and practical conference "Modern Technologies in Mechanical Engineering - 2003"]. Penza, Penzenskii gos. un-t, 2003, pp. 12-14.
3. Litvinova T.A. Formirovanie poroshkovoi stali metodom elektrokontaktnogo uplotneniya. Diss. kand. tekhn. nauk [Formation of powder steel by method of electrocontact consolidation. Cand. tech. sci. diss.]. Novocherkassk, 2010.
4. Egorov S.N., Litvinova T.A., Rizaev Kh.K., Shuvaev G.A. Zakonomernosti uplotneniya i gomogenizatsii poroshkovoi stali pri ee formirovanii metodom elektrokontaktnogo uplotneniya [Regularities of consolidation and homogenization of powder steel at her formation by method of electrocontact consolidation]. Inzhenernyi vestnik Dona, 2015, no. 1. Available at: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2792 (accessed 25.08.2017).
5. Litvinova T.A., Egorov S.N. The influence of production modes of the electrocontact compaction on the porosity of the powder steel. Russian Journal of Non - Ferrous Metals. 2011. Vol. 52, № 1. pp. 101-102.
6. Litvinova T.A., Egorov S.N. Features of powder steel formation with electric - contact compaction. Metallurgist. 2013. № 3-4, pp. 342-345
7. Litvinova T.A., Egorov S.N. Mekhanicheskie svoistva poroshkovoi stali, poluchennoi metodom elektrokontaknogo uplotneniya [Mechanical properties of the powder steel received by method of elektrokontakny consolidation]. Metallurg, 2010, no. 1, pp. 65-67.
8. Litvinova T.A., Egorov S.N. Zakonomernosti formirovaniya poroshkovoi stali pri elektrokontaktnom uplotnenii [Regularities of formation of powder steel at electrocontact consolidation]. Metallurg, 2013, no. 4, pp. 94-97.
9. Litvinova T.A., Egorov S.N., Medvedev Yu.Yu. Kristallograficheskie aspekty gomogenizatsii zhelezografitovoi kompozitsii [Crystallographic aspects of homogenization of zhelezografitovy composition]. Metallurg, 2010, no. 6, pp. 40-42.
10. Dorofeev V.Yu., Egorov S.N. Mezhchastichnoe srashchivanie pri formirovanii poroshkovykh goryachedeformiruemykh materialov [Interpartial merging when forming powder the goryachedeformiruyemykh of materials]. Moscow, Metallurgizdat, 2003, 152 p.
11. Litvinova T.A., Egorov S.N. Vliyanie sposoba polucheniya zheleznogo poroshka na formirovanie poroshkovoi stali pri elektrokontaktnom uplotnenii [Influence of a way of receiving iron powder on formation of powder steel at electrocontact consolidation]. Metallurg, 2015, no. 3, pp. 57-60. (In Russ.)
Поступила в редакцию /Received 22 сентября 2017 г. /September 22, 2017
