CC BY
23
5. Макто A., Araki N., Kuwfаbаra T. Flammability limits, dilutiоn limits and effect of particle size on burning velocity in cоmbustion synthesis of TiC // JSME Int. J. Ser. B, 1994. Vol. 37. No. 3. P. 576-582.
6. Шкиро В. М., Боровинская И. П. Капиллярное растекание жидкого металла при горении смесей титана с углеродом / / ФГВ, 1976. № 6. С. 945- 948.
7. V. Novikov, G. Xanthopoulou, Yu. Knysh, A.P. Amosov, Solution combustion synthesis of nanoscale Cu-Cr-O spinels: mechanism, properties and catalytic activity in CO oxidation, Ceram. Int. 43 (2017) 11733 -11742.
Kamyshov Alexander Dmitrievich, student (e-mail: 22554.ur@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
Samboruk Anatoliy Romanovich, professor
(e-mail: samboruk55@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
SHS CATALYSTS FOR CONVERSION OF CARBON MONOXIDE
Abstract. Based on the studies carried out, a porous sample was synthesized with catalytic
activity in the conversion of carbon monoxide by the method of self-propagating high-
temperature synthesis.
Keywords: catalyst, SHS, conversion, structure, carbide, charge, iron.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПОСЛЕ ПРОЦЕСА ПРЕСОВАНИЯ Петров Александр Николаевич, проф., д.т.н.
Политехнический университет Ефимов Вячеслав Евгеньевич, магистрант, Политехнический университет Валевский Тимур Русланович, инженер-конструктор II кат. АО «ФНПЦ «НИИ Прикладной Химии»
Статья посвящена исследованию порошковых изделий после процесса прессования. Исследованы три порошковых материала разной природы: крупнодисперсный графит марки «П», коллоидный графит марки «С-1» и порошок алюминия марки «ПА-1». Исследовали влияние их свойств на прочностные свойства готового изделия после прессования.
Установили, что сила разрушения изделий из графитового порошка
марки «П» находится в пределах 190 > P > 114 кгс. в диапазоне прессова-
2 2 ния от 1500 кгс/см до 4000 кгс/см .
Для алюминиевого порошка «ПА-1» предельное допустимое значение прессования, при котором достигается максимальная сила разрушения Р > 1800кгс, составляет 2500 кгс/см .
Исследование коллоидного графита марки «С-1» показало, что в диапазоне 1500...4000 кгс/см происходит разрушение образцов после прессования.
Определены оптимальные технологические параметров прессования отдельных компонентов порошковых материалов с различными физико-химическими свойствами.
Ключевые слова: графит, алюминий, прессование, сила разрушения, гидравлический пресс, коллоидный графит, дисперсность частиц
Введение:
В настоящее время для изготовления пиротехнических изделий, используемых в осветительных, сигнальных, трассирующих, противоградовых, твердотопливных и других средствах, применяются материалы более 200 наименований. Эти материалы должны быть химически стойкими при длительном хранении (10-20 лет); должны быть малочувствительны к удару и трению, выдерживать перепад температур от -60 до +80 °С и выше; не оказывать токсического действия на организм человека [1,2]. Кроме того, изделия должны обладать определенной прочностью, чтобы при эксплуатации не наблюдалось разрушения.
Существуют технологии получения готовых изделий способом прессования, шнекования и заливки.
Наиболее часто применяемым способом изготовления изделий является способ холодного прессования на гидравлических или механических прессах.
Прессование при температуре 60-100°С, способствует улучшению эксплуатационных свойств изделия, но снижает уровень безопасности производства.
Прессованные изделия состоят из двух и более разнородных компонентов. В зависимости от объемного соотношения компонентов, параметры оборудования: сила прессования Р, скорость прессования V и ход ползуна пресса £ сильно влияют на качество прессованных изделий, в частности на плотность прессованного изделия.
Актуальность прессования разнородных материалов выражается в получении готовых изделий с определенными прочностными свойствами, согласно конструкторско-технологической документации.
Цель работы: определении оптимальных параметров прессования отдельных компонентов материалов с различными физико-химическими свойствами.
Исследованы три порошковых материала:
графит марки «П» ГОСТ 8259-73;
графит марки «С-1» ТУ 113-08-48-63-90;
алюминий марки «ПА-1» ГОСТ 6058-73
Графит марки «П» ГОСТ 8259-73, предварительно просеянный через проволочно-тканную сетку 09 с квадратными ячейками ГОСТ 9943-86. Размер одной ячейки 0,900 мм. Размер частиц в диапазоне 20-63 мкм.
Просеивание порошка алюминия марки «ПА-1» проводилось через сетку №2 с размером одной ячейки 2 мм по ГОСТ 6613-86. Размеры частиц в диапазоне 21-30 мкм.
Средний размер частиц графита марки «С-1» до 8 мкм [4].
Согласно ГОСТ 12.1005, материалы относятся к 4-му классу опасности по степени воздействия на организм. В процессе экспериментов, для защиты органов дыхания, применяли респираторы ШБ-1 «Лепесток» ГОСТ 12.4.028-76.
Эксперименты выполняли на гидравлическом прессе силой 10тс в штампе, обеспечивающем получение изделия диаметром 15 мм. На рисунке 1 показаны матрица и пуансон штампа. Давление прессования составляла р = 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000 кгс/см2. Прессование проводили по схеме одностороннего сжатия, так как отношение высоты изделие к диаметру составляло 1:1.
12 Рисунок 1 - Штамп для прессования: 1- матрица; 2 - пуансон
Методика выполнения эксперимента приведена ниже: 1. прессование
Порошок исследуемого материала массой 4 г. засыпали в матрицу, рисунок 1, установленную на поддон. Далее в матрицу вставляли пуансон, рисунок 1, и к верхнему торцу пуансона прикладывали определённую нагрузку. После снятия нагрузки, спрессованное изделие удаляли из матрицы посредством «выпрессовки». На рисунке 2 показан общий вид образцов после прессования по давлением р =1500...4000 кгс / см .
2
6
1
3
5
Рисунок 2 - Изделия из графита марки «П» после прессования:
22 1- под давлением 1500 кгс /см ; 2- под давлением 2000 кгс /см ; 3- под дав-
22 лением 2500 кгс /см ; 4- под давлением 3000 кгс /см ; 5- под давлением
22 3500 кгс /см ; 6- под давлением 4000 кгс /см
2. испытание на сжатие.
Испытания на сжатие выполняли на разрывной машине ЦД 10/90 с предельной нагрузкой 5 тс. В процессе испытаний фиксировали силу сжатия и деформацию при постоянной скорости деформирования. В таблице 1 приведены результаты испытания изделия из графита марки «П» после прессования.
Таблица 1 - Результаты испытаний на разрушение изделия _из порошка графита марки «П», Р = { (р)_
Р, кгс р, кгс/см2
114 1500
140 2000
159 2500
152 3000(1) *
160 3000(2)
142 3500
190 4000
* порошок графита марки «П» не использовали в течение 3 месяцев с момента поставки.
График зависимости силы разрушения Р от давления прессования р графита марки «П» приведен на рисунке 3.
200
190
180
и 170 зс
X 160 I V
> 150 а
(О (б
а 140
л ^
5 130 120 110 100
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Давление прессования, кгс/см2
Рисунок 3 - Зависимость силы разрушения Р от давления прессования
р графита марки «П», Р = { (р)
2 2
В диапазоне давления прессования от 1500 кгс/см до 4000 кгс/см сила разрушения находится в пределах 190 > Р > 114 кгс.
Таблица 2 - Результаты расчета массы т и плотности у изделий из графита _марки «П», в ^ зависимости от давления прессования р_
р кгс/см2 к, см т, г 8, см2 V, см3 у, г/см3
1500 1,115 3,887 1,969 1,975
2000 1,122 3,930 1,982 1,983
2500 1,097 3,917 1,938 2,021
3000(1) * 1,097 3,953 1,766 1,938 2,040
3000(2) 1,092 3,965 1,929 2,055
3500 1,104 3,994 1,953 2,045
4000 1,080 3,970 1,909 2,080
Эксперименты с графитом марки «С-1» показали, что после прессования под давлениемр = 1500...4000кгс/см , снятия нагрузки и удаления образца из пресс-инструмента происходило его разрушение, рисунок 4. Возможной причиной этого явления может быть дисперсность частиц графита (среднее значение составляет 8мкм), которые состоят из зерен со средним размером 80нм или, другими словами, одна частица состоит из 100 нанозерен [4]. Прессование и уплотнение такого графита вероятно требует более высоких давлений и других технологий.
Рисунок 4 - Изделия из графита марки «С-1»: 1- давление р= 2500 кгс /см ;2- разрушение изделий после удаления
2- из пресс-инструмента
Испытания на сжатие образцов из порошка алюминия марки «ПА-1» проводили, аналогично графиту, на разрывной машине ЦД 10/90, с предельной нагрузкой 5 тс. Результаты испытания представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты испытаний на разрушение изделия _из порошка алюминия марки «ПА-1», Р = Г (р)_
Р, кгс р, кгс / см2
772 1000
1255 1500
1602 2000
1815 2500
1616 3000
1755 3500
1757 4000
Расчет массы т и плотности у, полученных изделий из порошка алюминия «ПА-1» представлен в таблице 4
Таблица 4 - Результаты расчета массы т, размеров и плотности у изделий из порошка алюминия марки «ПА-1» в зависимости от давления прессова-___ния р___
р кгс/см2 И, см т, г с 2 Ь, см V, см3 у, г/см3
1000 1,101 4,093 1,945 2,099
1500 1,097 4,035 1,938 2,082
2000 1,130 4,043 1,996 2,026
2500 1,008 4,021 1,766 1,780 2,259
3000 1,038 4,065 1,833 2,217
3500 1,022 4,042 1,805 2,239
4000 1,005 3,984 1,775 2,244
Давление прессования р, кгс /см2 Вид образца Примечание
1000 ц Наблюдается сильное осыпание по краям изделий
Рисунок 5 - Изделия из порошка алюминия марки «ПА-1» после прессования
1500 Ц
2000
2500 Края перестают осыпаться; появляется граница раздела различной степени уплотнения образца
3000 Отсутствует осыпание краев образца; поверхность становится ровная на ощупь
3500 Л*.- - ЯВЗЮЙН , ■ , ■ , Боковая поверхность почти гладкая, торцы имеют разну ю зернистость
Рисунок 5 - Изделия из порошка алюминия марки «ПА-1»
после прессования
Рисунок 5 - Изделия из порошка алюминия марки «ПА-1»
после прессования
2100
1900
1700
а 1500
зс те
I
V
II 1300 а
(О (б о. го
5 1100
900
700
500
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Давление прессования кгс/см2
Рисунок 6 - Зависимость силы разрушения от давления прессования порошка алюминия марки «ПА-1», Р = Г (р)
Как видно из приведённых данных, таблица 3, рисунка 5 и графика зависимости Р=/ (р), рисунок 6, прочность изделий алюминия имеет неустой-
2
чивый характер. При достижении давления прессования р = 2500 кгс/см наблюдается максимальная сила разрушения Р > 1800 кгс.
Заключение
В соответствии с поставленной целью работы, исследовано влияние физико-химических свойств трех порошков разной природы на технологические параметры прессования и на прочностные свойства готовых изделий.
Анализируя полученные результаты эксперимента, можно видеть, что для алюминиевого порошка «ПА-1» с дисперсностью частиц 21...30мкм, предельное допустимое значение прессования, при котором достигается максимальная сила разрушения Р > 1800 кгс, составляет 2500 кгс/см . Плотность изделия у = 2,3 г / см3 после прессования под этим давлением сопоставимо с рекомендуемыми численными значениями 2,4 > у > 2,2 г /
3
см .
Сила разрушения изделий из крупнодисперсного графита марки «П»,
дисперсность 20...63мкм, находится в пределах 190 > Р > 114 кгс. в диапа-
22
зоне прессования от 1500 кгс/см до 4000 кгс/см . Плотность изделия из порошка графита марки «П» составила у = 2,0.2,1 г / см3. Как самостоятельный материал, графит не применяют в изделиях, поэтому нет сравнительных численных значений плотности.
Исследование коллоидного графита марки «С-1» дисперсностью 8мкм показало, что в диапазоне 1500.4000 кгс/см происходит разрушение образцов после прессования.
Вывод:
1. физико-механические свойства отдельных материалов, применяемых как компоненты для различных композиций изделий в большей или меньшей степени могут влиять на процесс прессования и на механические свойства готового изделия;
2. на этапе разработки новых изделий, сведения о свойствах отдельных компонентов в процессе прессования могут помочь в сокращении времени и затрат на их освоение;
3. создание базы данных по свойствам отдельных компонентов и композиций порошковых материалов, возможно позволило бы использовать компьютерное моделирование процесса прессования.
Список литературы
1. Чулков В.П., Архангельский В.Ю., Варёных Ф.Х., Джангирян В.Г. Основные процессы и аппараты пиротехнической технологии / В.П. Чулков , В.Ю Архангельский., Ф.Х. Варёных, В.Г. Джангирян. - Сергиев Посад, 2009 - 527с.
2. Шидловский А. А. Основы пиротехники / А. А. Шидловский - М.. («Машиностроение»), г. 1964. - 320 с.
3. Данилов В.И., Шакирова И.Н. Исследования уплотняемости индивидуальных порошкообразных компонентов ПС / В.И. Данилов , И.Н. Шакирова. - Конверсия и высокие технология, КГТУ. - 2000 г. - 211 с.
4. Петров А. Н. Коллоидно-графитовые смазочные материалы в процессах горячего деформирования сталей и сплавов: монография / А. Н. Петров. - Москва: Московский Политех, 2019. - 216 с.
Petrov Alexander Nikolaevich, Professor, Doctor of Technical Sciences,
Polytechnic University
Efimov Vyacheslav, Master's degree student,
Polytechnic University
Valevsky Timur Ruslanovich, design Engineer II cat. JSC "FNPC" Research INSTITUTE of Applied Chemistry "
RESEARCH OF MECHANICAL PROPERTIES OF POWDER PRODUCTS, AFTER THE PRESSING PROCESS
The article is devoted to the study of powder products after the pressing process. Three powder materials of different nature were studied: coarse graphite of the "P" brand, colloidal graphite of the "S-1" brand, and aluminum powder of the "PA-1" brand. The influence of their properties on the strength properties of the finished product after pressing was studied. It was found that the breaking force of products made of graphite powder of the "P" brand is in the range of 190 > P > 114 kgf. in the pressing range from 1500 kgf/cm2 to 4000 kgf/cm2. For aluminum powder "PA-1", the maximum permissible pressing value, at which the maximum breaking force P 1800kgs is achieved, is 2500 kgf/cm2.
The study of colloidal graphite of the "S-1" brand showed that in the range of 1500...4000 kgf/cm2, the destruction of samples after pressing occurs.
The optimal technological parameters of pressing individual components of powder materials with different physical and chemical properties are determined.
Keywords: graphite, aluminum, pressing, breaking force, hydraulic press, colloidal graphite, particle dispersion
