CC BY
11
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ БРОНЗО ОБРАЗНОЙ ПОРОШКОВОЙ ЛАТУНИ ИЗ ОМЕДНЕННОГО ПОРОШКА ЦИНКА И ГРАФИТА
1 © Кулиев А.А. , Шахмарова Р.С.
1К.т.н., доцент, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
Аннотация
Определено, что спекание прессовок из порошков меди + медноцинковой лигатуры и мед + медноцинковой лигатур + МГ20 дает более стабильные по содержания цинка результаты по сравнению со спеканием порошков лигатуры и меды + цинка. Получены формулы для расчета кинетики изменения пористости прессовки под влиянием большего внешнего давления.
Ключевые слова: Порошки, медь, омедненной графит, прессование, спекание, пористость, механическая свойство, триботехническая свойства.
Развитие производственных мощностей и переход к промышленному выпуску порошков на медной основе поставили перед производителями задачи, связанными с оптимизацией технологических характеристик порошков, оценкой практической значимости каждой из них и введением при необходимости дополнительных показателей качеств. Методом получения и свойствам изделий конструкционного и антифрикционного назначения из основе меди посвящена обзорная работа[1].
В последние годы появление новые публикации по этой теме. Спекание латуни из смеси порошков меди и медно-цинковой лигатуры без омеднённого дает более стабильные по содержанию цинка результаты по сравнению со спеканием смеси порошков меди и цинка[2].
В последнем случае при спекании смеси 60%Си - 40% 2п из-за испарения концентрации цинка снижается до 34%. Наилучшие результаты по стабильности химического состава дает спекание прессовых из готового латунного порошка.
Исследованы фазовые превращения, превращения происходящие при спекании латуни (60%Си - 40% 2п), полученной из различных исходных материалов: смеси порошков меди и цинка, смеси порошка меди и медно- цинковой лигатуры, а также гомогенизированных порошков сплава. В прессе спекания латуни из смеси порошков ее фазовый состав стабилизируется при 550° С, а при использованием гомогенизированных порошков состав практически не изменяется в диапазоне 1500- 8800С [3].
Предложен способ обработки порошков медно- цинкового сплава путем нанесения их на поверхность двухслойного покрытия с первым слоем из олова, серебра или свинца, а вторым -из меди, никеля, свинца или сплавав этих металлов. При температурах 700-8000 С испарению цинка препятствует слой толщиной 0.5-1 мкм [4].
Образования диффузионной пористости, сопровождающие испарение цинка, можно избежать проводя спекание в присутствии жидкой фазы. Омедненный цинковый порошок (34.5%Си и 65.7% 2п ) указанного состава [5], был дополнен медным порошок марки ПМС-1 до содержания меди в смеси 60%. Анализ спеченных образцов, изготовленных из полученной шихты показал, что при спекании потери цинка за счет испарения составили 5.7% , что в 4-5 раз меньше потерь при переработке по технологии диффузионного отжига. Полученные порошковые сплавы отвечают однофазной латуни с а- структурой [6].
Получения латуни из латунного порошка или смеси порошков меди и цинковой лигатуры традиционными методами сопряжено со значительными трудностями[2]. Они связаны соспецификой поведения одного из компонентов сплава - цинка, который отличается высокой упругостью паров и интенсивно испаряется при температурах спекания
© Кулиев А.А., Шахмарова Р.С., 2016 г.
800 - 9000 С. B результате формируется неоднородный состав приповерхностного слоя, образуется пористость, ухудшаются механические свойства, спекание латуни осложняется и тем, что в процессе гомогенизации порошковой смеси образуется диффузионная пористость, материал разуплотняется и возникает необходимость последующая до прессовки.
Описанные трудности могут быть преодолены применением методов горячего прессования и горячей штамповки пористой заготовки. Порошковую латунь получает при температурах около 8000 С и давлениях 10-100 (горячее прессование) 100-1000 МРа (горячая штамповка) [3,7].
Сталь высокой температуры и давления горячего прессования вызывает необходимость применения технологической оснастки из керамического материалов. Переход к боле дешёвому и долговечному материалу для изготовления пресс- форм (жаропрочным сталям) требует значительного снижения температурное -силовых параметров процесса.
При горячем прессовании двухкомпонентного сплава из смеси порошков одновременно идут два процесса: уплотнение и диффузионная гомогенизация. Кинетика изменения пористости 0 прессовки под влиянием большего внешнего давления Р описывается уравнением [9]
0 = 0--L. t (1)
VTri v '
П - вязкость ; 0 - начальная пористость. Для оценки возьмём разумные значение Т= 700° С, Р= 100МРа.
Зная исходную пористость
0=(2)
и поставив уравнения (1) в результате получаем
_ _ nd3 Р , >
0 = 6(x+d) 3 - 1Л t (3)
Где d - диаметр пора, X - среднее расстояние поры.
При изменении температуры в прессованных образцах, и определяется осадки
е = о / п (4)
из этого формула получим
П = о / е (5)
где - о - эффективное напряжение; п - коэффициент вязкости эффективной среда. Подставляя найденные значения в уравнение (3) получим
_ nd3 Ре , ч
0 = - TTö t (6)
Таким образом , кинетика изменения пористости прессовки под влиянием большого внешнего давления Р описывается новым уравнением.
В настоящей работе обобщены данные о методах полученных омедненного порошков и изготовления изделий из них. Из множества известных методов наиболее распространен гомогенизующий обжиг смеси порошков меди и медно- цинковой лигатуры. Однако технология диффузионного отжига предусматривает большое число длительных трудно и энергоемких операций таких как размол, смешение, отжиг и измельчение спеченной губки. В работе исследуется бронза образная латунь полученная из омедненного графита [8] и цинковой лигатур [9]. В качестве объекта исследования был использован медный, обменный графит и лигатуры цинковый порошки с размером 50 - 63 мкм. Полученный состав шихты технологический режим, триботехнически, смешивания, прессование и (таблица 1) спекание анализировали выполнения согласно работе [6] статистическая обработка анализов исходного и полученного шихты показало, что для получения удостоверенного результата достаточно одного определения [10.11].
Таблица 1
Схема и параметры технологического процесса получения детали
№ Вид исходного сырья и способ его получения Состав порошковой латунь, % Схема и параметры технологического процесса получения детали
1 ПЛ-80 (распыление расплава водой) 60 Си - 20 2п Диффузионный отжиг П+С и=6000 - 9000С Рпр 400 - 800 МРа
2 Отжиг медного порошка и лигатуры Си - 2п 80 Си - 20 2п П+С+ГП Рпр 300 - 600 МРа и=6000 - 7000С Г Рпр= 120 - 150МРа
3 Смесь порошков меди + омедненной цинковый лигатур + омедненный графит 80( Си + (Си- 2п) МЛ)+20МГ Г Рпр= 120 - 150МРа и= 5 000С
П - прессование, МГ - омеднённый графитовый порошок, С - спекание. Известно, однако что вследствие высокой пластичности медный порошок крайне сложно измельчать механически, в связи с этим диспергирование меди обеспечивалось путем нанесения тонкого медного покрытия на частицы графиты и лигатуры. Толщина покрытия выбиралась с таким расчетом, что супимарное содержание компонентов в порошке соответствовало требуемой марке сплава. Медное покрытие наносимо путем реакции замещения меди цинком в растворе медного купороса , в результате которой медь оседала на порошинках лигатуры. После окончания реакции раствор сливали, порошок промывали и высушивали.
Структуру частиц изучали методом оптической металлографии, мед осаждается на порошинку лигатуры в виде слоя толщиной менее 1 мкм. Этот размер и определяет длину характерного диффузионного пути. Прессованием шихты из омедненного графиты и лигатуры цинка производили на специального пресс- форме обеспечиванной нагривающий устройством при температурах порядка 5500 С в течение нескольких минут получена латунь пористостью менее 3% , достаточно однородная по структуре и составу . Обратим внимание на ряд существенных особенностей , описанной технологии получения порошковой бронзообразный латуни. Горячее прессование можно производить без защитной среды, что практически не ухудшает свойств материалов. Прессование в закрытой пресс - форме, а также медное покрытие на порошинках предотвращают свободное испарение цинка, благодаря чему улучшается качества латунных изделий.
Существенные влияние на испарение цинка при спекании оказывает влажность защитной среды [1] : при увеличением влажности цинк испаряется сильнее особенно в области высоких температур. Повышенное ее концентрации до 5% снижает вдвое физике - механические свойства. Существенный интрес представляет результаты исследованный смесь порошков состава Си + омедненной лигатур (Си - 2п) + 20% МГ и свойства порошковой латуни от вида применяемого исходного сырья и метода получения из него бронзообразный латуни (таблица 2). Из таб. 2 видно что , материал обеспечивает антифрикционных свойств (износ 15-20 мкм коэффициент трение 0.02 - 0.04).
Введение в шихту графита омедненных форме в процесса нагревания существенно снижает испарение и летучести цинка исследовано что, испарение цинка и меди в вакууме практически происходит после достижения 6000С ,причем при повышение температуры нагрева интенсивность испарения возрастает на 2-3 порядка . Провиденные в процессе нагрева исследования изменения микроструктура одного и того же участка поверхности образца внутрь и межчастич микроволновок, напоминающих графита пропитанных цинком и свидетельствующие о премужественном испарении цинка в этих местах .
Диффузионная гомогенизация в смеси порошков определяется диффузии в а - фазе, где она замедленно по сравнению с другими фазами .
Таким образом, оценки показывают реальность изготовления сравнительно гомогенных прессовки при указанных режимах за время порядке нескольких минут. Предложенный способ позволяет в одном цикле при облегченных режимах прессования, исключив стадии спекания и дорисовки, изготовить детали веста сложной формы с высокой точностью соблюдения заданных размеров.
Таблица 2
Физико - механические и триботехнические свойств порошковых латуней МЛ - омеднённый лигатур, МГ - омеднённый графит
Состав Среды Плот Па Предел Отно Предел Твер Тр иботехнически
порошк прес ность терь прочно сител проч дость, й свойств
овой совани 103 кг/м3 испа сти ьное ность НВ Износ Коэфицен
латуни я рени е,% при разрыв е,МРа удли нение при сжатие , МРа ,мкм ттрение
ПЛ-80 атмосф ер 7.5 -8.2 8-20 207260 8-12.6 200250 70-101 30-70 0.07-0.17
Си +МЛ ваккум 7.7 - 6-8 190- 10-15 190- 100- 60- 0.05-0.08
(Си - 8.0 210 210 120 100
2п)
Си +МЛ ваккум 7.5 - 3-4 100- 5-7 100- 80-130 15-20 0.02-0.04
(Си - 7.9 180 180
2п)
+МГ 20
Выводы
1. Установлено что, традиционные методы изготовления порошковых латунных изделий, включающие прессование порошка и последующие спекание прессовок, не позволяют получать изделия порнетоствого менее 7 - 10 %, в связи с чем они не нашли широкого применения для получения конструкционных деталей .
2. Спекание прессовок из порошков меди + медноцинковой лигатуры и мед + медноцинковой лигатур + МГ20 дает более стабильные по содержания цинка результаты по сравнению со спеканием порошков лигатуры и меды + цинка .
3. Проведенные исследования дают основание сделать заключение о том, что применение для горячего прессования омедненных (графиты и лигатуры цинковой) порошков с тонким покрытием из более тугоплавкого компонента обеспечивай получение антифрикционных материалов.
4. Получены формулы для расчета кинетики изменения пористости прессовки под влиянием большего внешнего давления.
5. Предложенный способ позволяет в одном цикле при облегченных режимах прессование, исключив спекание и до прессовки.
Литература
1. Давыденкова А.В., Радомысельский И. Д. Получение и свойства конструкционных деталей из порошков меди и ее сплавов. Порошковая металлургия.1982, №3.
2. Баскаков Б. И. Промышленное производства спеченных деталей из латуни. Спеченные конструкционные материалы. Киев: ИПМ АН., 1974. с 165-171.
3. Исследованных фазового состава металлокерамической латуни Б.И. Баскаков, В.А. Алтьман, и др.-тр. ВНИИ электромеханики , 1974, 40 с 156-160.
4. Заяка 5662908 (Япония) . Порошок с сплава Си - Zn и способ его обработки. Р Ж металлургия , 1981, №1.
5. Радомысельский И.Р., Баглюн Г.А., МажароваГ.Е. Получение и свойство порошковых конструкционных материалов на основе латуни. Порошковая металлургия. 1984.№3. с 56-64.
6. Т.Ф. Юдина, Т.Г. Комарова ,В.Г. Мелников . Исследование возможности получения порошковой латуни из омедненного порошка цинка .Порошковая металлургия . 1987, №2, с 63-65.
7. Радомысельский И.Д. , Мажарова Ф. Е., и др. Горячая штамповка плотных деталей из распыленных латунных порошков. Кузн. штамп. пр-во. 1982, №8 с.12-14.
8. С.М. Мустафаев, А.А. Гулиев, А.В. Шарифова Исследования по разработке медь - графитовой композиции с повышенным содержанием графита. Прогрессивные технологии и системы ммашинооборудования. Международный сборник научных трудов. Донецк - 2013. Вып. 1(45)-2(46) с. 182- 191.
9. А.Э. Quliyev, Ä.§arifova, R.S.§ahmarova Preslama zamani sizla§ma va diffuziya homogenla§masi prosesinda masamaliyin böyük xarici tazyiqdan dayi§ma kinetikasinin tadqiqi. Metallar fizikasinin müsir problemlari. V- Beynalxalq elmi-praktiki konfrans. Baki, 2016.
10. В.С. Кружанов, Т.Г. Гарбовицкая. Влияниу диспергирования порошков на температуру горячего прессования латуни. Порошковая металлургия , 1991, №9, с 5-9.
11. Д..НАсланов Ф.Г. Вайрамов, Исследование трения запорного узла пробковых кранов. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 11-1. С. 62-65.
