Формування структури порошкових конструкційних титанових матеріалів при гарячому штампуванні Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.762.4

Канд. техн. наук М. I. Носенко, д-р техн. наук В. О. Павлов,

канд. техн. наук О. П. Ляшенко Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запорiжжя

ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ПОРОШКОВИХ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ ТИТАНОВИХ МАТЕР1АЛ1В ПРИ ГАРЯЧОМУ

ШТАМПУВАНН1

Наведено результати досл1джень формування структури порошкових конструкцгйних титанових матергалгв при гарячому штампуваннг.

Формування структури матерiалу визначаеться за-стосовуваними методами технолопчного передiлу заготовок при отриманш виробiв. Тому дослщження та встановлення закономiрностей формування структури порошкових конструкцшних титанових матерiалiв, яка визначае рiвень мехашчних властивостей виробiв при гарячому штампуванш, е важливою науковою та практичною проблемою.

Метою роботи е встановлення впливу напружено-здеформованого стану на формування структури порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1 при рiзних схемах гарячого штампування.

Дослвдження заготовок пiсля штампування в закри-тому штампi та з елементами випкання показали, що щiльнiсть, яка досягаеться, не е единим фактором, який визначае формування структури порошкового металу. Мiкрофрактографiчними дослiджsннями зламу зразшв пiсля деформаци (проводили на мiкроаналiзаторi МАР-1) вивчали вплив напружено-здеформованого стану на формування структури.

Установлено, що залежносп вiд схеми напружено-здеформованого стану, при шших рiвних умовах деформаци, порошковий метал однаково! шнцево1 щiльностi мае рiзний характер викривлення коорди-натно! сiтки (рис. 1) та структуру. Координатна сита наносилась на меридюнальний перерiз заготовок. Збiльшення викривлення тгулки координатно! сiтки обумовлене змiною деформаци зсуву, що суттево впли-вае на формування структури. Кшцева щшьшсть 8 в об'емi деформiвного металу залежить вiд штенсив-ностi деформаци зсуву Г^ [1]. Досягнення визначено-

го рiвня ГI i вщповщно1 щiльностi порошкових титанових матерiалiв вiдбуваеться як без (або з малими зна-ченнями) компоненти тензора деформацiй Те -деформаци зсуву уГ2 (при всебiчному рiвномiрному стискуваннi - штампування в закритому штампi), так i з И зростанням (при всебiчному нерiвномiрному стис-куваннi - штампування з елементами випкання), що обумовлено змiною граничних умов штампування.

До^дження дозволили провести якiсну оцшку впливу схеми деформаци на формування структури (рис. 2). Всебiчне рiвномiрне стискання призводить до виникнення скупчення оксидних плiвок на границях зерен. Кшьшсть дiлянок крихкого мiжзеренного зламу в зразках зменшуеться при переходi вiд рiвномiр-ного до нерiвномiрного стискування, який протiкае з штенсивними деформацiями зсуву, сприяе рiвномiр-ному розподiлу оксидних плiвок по об'ему металу з ростом шлькосп зон !х розриву та тдсиленню дифузи в процесi деформаци. Кшьшсну оцiнку впливу деформаци на формування структури порошкового титану проводили за результатами дослщжень мехашчних властивостей зразшв однакового хiмiчного складу.

Рис. 1. Характер викривлення координатно': атки та мехашчна схема деформацй при р1зних процесах гарячого штампування:

а - штампування в закритому штамт з мтмальною деформащею на першш стадй [2]; б - штампування в закритому штамт з максимальною деформащею на першш стадй; в - штампування з елементами витжання; а, б - всеб1чне р1вном1рне стискання; в - всеб1чне нер1вно-м1рне стискання

© М. I. Носенко, В. О. Павлов, О. П. Ляшенко, 2008

а

б

в

СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ. ОП1Р РУЙНУВАННЮ ТА Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1

Установлено, що залежно вщ схеми напружено-зде-формованого стану рiвень пластичних властивостей 8, у та ударно! в'язкосп КСи змiнюeться у широкому дапазот (наприклад, для порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1: 8 = 18-35%; у = 27-47 %; КСи = 380-1330 кДж/м2). Всебiчне нерiвномiрне стискання (штампу-вання з елементами випкання - 8 = 32-35 %; Ф = 4247 %; КСи = 1200-1330 кДж/м2), або сполучення все-бiчного рiвномiрного з наступним нерiвномiрним стис-канням (штампування в закритому штамш з максимальною допустимою деформащею на рiвнi тех-нолопчно! пластичносп [2] та штампування з елементами випкання - 8 = 30-35 %; у = 42-46 %; КСи = 9501100 кДЖ/м2), порiвняно з рiвномiрним (штампування в закритому штамш неспечено! та спечено! заготовки з максимально допустимою деформащею на рiвнi технолопчно! пластичносп, вiдповiдно - 8 = 2227, 28-32 %; у = 33-39, 40-45 %; КС и = 530-690, 750850 кДж/м2), забезпечуе отримання бiльш високих пла-стичних властивостей порошкового титану, особливо уцарно! в'язкостi, при рiвнi мiцностi <зв = 300-440 МПа.

Враховуючи, що в процесi експерименту, при iнших рiвних умовах деформацп, незалежно вiд схеми або

ряда схем штампування при однакових Г (У)от-римаш iдентичнi щiльнiсть, структура та властивосп матерiалу виробiв, то за оптимальну деформацiю, яка визначае вибiр параметрiв побудови технологiчно! схеми процеав отримання матерiалу виробiв потрiбних структури та властивостей, можна приймати Г (у),

Рис. 2. Мжрофрактограми зламу здеформованих зразюв порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1:

а, б - штампування в закритому штамт з мтмальною 1 максимальною деформащею вщповщно; в - штампування з елементами витжання; г - штампування з елементами витжання 1 вщпал при Тв = 800 °С, Тв = 2 год (х 4000)

встановити типовi структури (рис. 3) та вщповщш !м механiчнi властивостi (рис. 4).

Значення величини деформацi! Г1 >Гг(90) (уг2 >1,1) забезпечуе, незалежно вщ схеми або ряду схем штам-пування, отримання структури безпористого порошкового матерiалу з найкращим комплексом мщносп та пластичностi на рiвнi i вище, нiж у литого здефор-мованого металу. Значення Г (00) в залежностi вiд вихiдно! щiльностi заготовок наведено в таблиц 1.

Рис. 3. Типов1 мжроструктури здеформованого порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1:

(а-г) - = 0; 0,4; 0,7; > 1,1 вщповщно (х 100)

% 60

к£ж

20

ж

1300

500

гтГ

/

ъ]

0

0,4

0,8

оп

Рис. 4. Вплив деформацй зсуву на ударну в'язюсть та пластичш властивост матер1алу зразщв ПТЕС-1, ПТЕК-1: 1, 2, 3 - КСи, у, 8 вщповщно

1607-6885 Нов1 матер1али г технологи в металургп та машинобудувант №2, 2008

15

Таблиця 1 - Значения величини штенсивносп деформаци зсуву, яка забезпечуе отримання структури безпористого порошкового титану

Отже, в результат проведених дослщжень установлено вплив напружено-здеформованого стану на зако-номiрностi формування безпорисгта структури порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1, визначено оптималь-

ну деформацiю Г{ > Г{(80) • (уГ2 > 1,1), яка забезпечуе керування формуванням задано1 структури матерiалу виробiв з найкращим комплексом мехашчних власти-востей при рiзних схемах гарячого штампування.

Перелж посилань

1. Павлов В. А., Носенко М.И.. Исследование горячей деформации и уплотнения порошковых металлов // Порошковая металлургия. - 1988. - № 1. - С. 1-6.

2. Изменение деформационных характеристик пористых заготовок из порошков титана, меди и алюминия / В .А. Павлов, М.И. Носенко, Б.В. Попов, С.Н. Якунин // Порошковая металлургия. - 1987. - № 9. - С. 20-24.

Одержано 10.06.2008

Щшьшсть заготовок 90, % 70 75 80 85 90

Г (0о) 2,93 2,82 2,71 2,59 2,47

Приведены результаты исследований формирования структуры порошковых конструкционных титановых материалов при горячей штамповке.

The results of investigations of powder engineering titanium materials structure forming under hot forging are presented.

УДК 621.762

Д-р техн. наук Л. Р. Вишняков, А. В. Мазная Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев

ВЛИЯНИЕ МЕХАНО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ BN-SiAlON

Исследовано влияние механо-химической активации на процессы уплотнения при горячем прессовании композитов системы BN-Al2O3-SiO2-Si3N4. Показано, что главным фактором, который влияет на активацию шихты композита, является длительность механо-химической обработки. По полученным данным плотности композитов установлено, что оптимальная длительность обработки в аттриторе не превышает 20-40минут.

Введение

Нитрид бора и композиционные материалы на его основе являются перспективными керамическими материалами для широкого использования в металлургическом и химическом производстве, других высокотемпературных процессах. Он имеет высокую тугоплавкость, термостойкость, теплоизоляционные свойства, хорошую обрабатываемость [1]. С целью повышения коррозионной стойкости и прочности разрабатывают композиты на основе нитрида бора, для чего используют компоненты и добавки, участвующие в управляемом фазо- и структурообразовании «ш бИи». Проведенные нами ранее исследования [2, 3] показали, что использование оксидов 8Ю2, А1203 и нитрида

в качестве компонентов шихты композита создает условия протекания реакций синтеза муллита и си-алона, которые образуются в процессе горячего прессования и приводят к значительному снижению температуры и давления процесса. При этом жидкая фаза, возникающая при взаимодействии компонентов шихты, интенсифицирует процесс уплотнения материала и дает возможность повысить прочность, модуль упругости, термостойкость и др. свойства композитов на основе графитоподобного нитрида бора.

Целью данной работы была попытка интенсификации процессов активации путем механо-химической обработки порошковых смесей при последующем уплотнении композиционных материалов горячим прессованием.

© Л. Р. Вишняков, А. В. Мазная, 2008 16