Научная статья на тему 'Определения физико-механических свойств композиционного материала «Медь-никель» на основе металлических порошков'

Определения физико-механических свойств композиционного материала «Медь-никель» на основе металлических порошков Текст научной статьи по специальности «Металлургия»

CC BY
84
6
Поделиться
Ключевые слова
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОРОШКИ / METAL POWDER / ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ / RELATIVE DENSITY / КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ / COMPOSITE MATERIALS

Аннотация научной статьи по металлургии, автор научной работы — Кохан Лев Соломонович., Шульгин А.В., Новожилов И.С.

В статье изложен метод определения физико-механических свойств композиционного материала «медь-никель» на основе металлических порошков «композиционный методом».

Похожие темы научных работ по металлургии , автор научной работы — Кохан Лев Соломонович., Шульгин А.В., Новожилов И.С.,

DETERMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIAL "COPPER-NICKEL" BASED ON METAL POWDERS

In this paper, a method of determining physical and mechanical properties of composite materials "copper-nickel" on the basis of metal powders "compositional method" was presented.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Определения физико-механических свойств композиционного материала «Медь-никель» на основе металлических порошков»

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА «МЕДЬ-НИКЕЛЬ» НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Л.С. КОХАН, д-р техн. наук, профессор А.В. ШУЛЬГИН, канд. техн. наук И.С. НОВОЖИЛОВА, аспирант

Московский государственный вечерний металлургический институт 11250, Москва, Лефортовский вал, т. 8(495)361-14-80, shulgin00@mail.ru

В статье изложен метод определения физико-механических свойств композиционного материала «медь-никель» на основе металлических порошков «композиционный методом».

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: металлические порошки, относительная плотность, композиционные материалы.

Широкое применение при производстве различных изделий получили методы порошковой металлургии. Производство металлических порошков в мире превысило один миллион тонн в год. Большое значение при изготовлении деталей и заготовок для электротехнической, автомобильной, строительной промышленности имеет получение композиционных материалов на основе различных металлических порошков с заданными характеристиками, сочетающими в себе свойства входящих в композит материалов.

Для улучшения характеристик композитных материалов на основе металлических порошков предложена расчетная модель определения физико-механических свойств данных материалов.

Существующий метод определения физико-механических свойств «метод смеси» дает значительную ошибку по сравнению с экспериментальными данными. Поэтому был предложен «композиционный метод» определения физико-механических свойств.

Исследования проводились на композитном материале «медь-никель» из металлических порошков для процессов холодной деформации с параметрами каждого элемента:

oT = 280 МПа, пCu = 2, oT = 200 МПа и п№ = 2,3

CCU 1\1

при концентрации kcu = 0,8, кц = 0,2 .

Из уравнения совместности

°Tm -PN,"1 =°Tcu ■PCu"CU

где От и От - сопротивления пластической деформации соответственно,

для железной и медной металлической основы; "pe и ncu - показатели пористости каждого из компонентов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

После его преобразования получим:

,0,8695 Zu

PNi =PcV '1,157

Проведем линеаризацию, используя связи плотностей:

рСи = 0,5 ; 0,6; 0,8; 0,85, рт = 0,633 ; 0,742; 0,953; 1,00. Откуда указанным выше способом получим:

рм = 1,0486 - реи + 0,1087.

Для заданной плотности композита р устанавливается связь: Р = РСи • С + (1,0486 • реи + 0,1087) • ^, которая после преобразований устанавливает плотность

меди рСи = -р—и никеля р Ж = 1,0486 • рСи + 0,1087 . 'Си кеи +1,0486 • Ш Си

Так по плотности композита р = 0,84 устанавливаем плотности:

реи = 0,811 и рм = 0,958.

Проверяем: р = 0,811-0,8 + 0,958 • 0,2 = 0,8404 = 0,84.

При осуществлении деформации каждый из входящих порошков упрочняется. Для медной составляющей коэффициент упрочнения

, ,и 0,73

купр Си = 1 + 1,5Б

и для никелевой составляющей

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

купрЖ = 1 + 1,2б , . В этих формулах величина обжатия б определяется необходимым процессом обработки металлов давлением. Так, при закрытой осадке в штампе р-р0

б =-, где начальная плотность р0 является плотностью заготовки для пор

лучения конечного изделия. Следует отметить, что по исследованиям Целикова А.И., деформационный процесс определяется скоростью деформации и .

Для меди скоростной коэффициент киеи = 0,154 •и + 0,684 и для никеля

киЖ1 = 0,0714•и + 0,586 . Скорость деформации определяется по зависимости

к (1 -б)

и = -

Н к

У используемых нами при исследованиях гидравлических машин скорость прессования V не превышает 20 мм/с, конечная высота изделия Нк составляет 40 мм. Тогда при диаметре изделия D = 30 мм, плотности заготовки р0 = 0,55 и конечной плотности р = 0,84 величина обжатия составит

б=084-055=0,345,

0,84

что определяет скорость деформации

20 •П - 0,345) и =-Ь-!-1 = 0,3275 1/с .

40 '

Соответственно коэффициенты упрочнения и скоростные коэффициенты составят:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

купр Си = 1 +1,5 • 0,3450,730 = 1,69; ки Си = 0,154 • 0,3275 + 0,684 = 0,735;

купр Ж = 1 +1,2 • 0,3450,8 = 1,517; ки Ж = 0,0714 • 0,3275 + 0,586 = 0,609.

С полученными данными по модели «смеси»:

СТ смеси = аТСи • кСи • ки Си • купр Си + СТЖ • кЖ1 • ки Ж1 • купр Ж1 = = 280 • 0,8 • 0,735 4,69 + 200 • 0,2 • 0,609 • 1,517 = 315,19 МПа.

По композиционной модели: аТком = °ГСи • кСи • киСи • купрСи -рПССи +aTNl • кЖ1 • киN1 ' купрN.г Фм = = 280 • 0,8 • 0,735 • 1,69 • 0,8112 + 200 • 0,2 • 0,609 • 1,517 •0,9582,3 = 216,48 МПа.

Экспериментальные исследования сопротивления пластической деформации проводились в закрытом штампе, для которого, по нашему исследованию, деформационно-напряженное состояние оценивалось величиной относительного давления осадки:

f ln-l_1 / в! + 4. fH к '(Wu-Cl'M-kNi) = 1,72, I 1 -ej (1 -в)>/П-

(1 -в)>/П-^к

где a\Cu = 0,708, a!N; = 0,605 - коэффициенты условия пластичности.

При испытании образцов на гидравлической машине среднее усилие осадки составило 268 000 МН. Откуда среднее давление процесса:

268000 стп =-= 379,30 МПа.

п 302 4

С учетом полученного значения сп определяется сопротивление пластической деформации данного композита:

^ ком = ^^ = 220,54 МПа. стп 1,720

Сравнение результатов показывает, что по модели «смеси» устанавливается сопротивление пластической деформации выше на 30 %. При применении композиционной модели ошибка составляет:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Д = 220-54 - 216-48.100-% = 1,4%. 220,54

Данной расчетная модель была апробирована при оптимизации технологических режимов изготовления электроконтактных изделий на ОАО «Красно-пахарский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР»), и ООО «Наномет» г. Йошкар-Ола.

Л и т е р а т у р а

1. Лаптев А. М., Подлесный С. В., Малюский В. Л. Расчет давлений при изостати-ческом прессовании порошковых материалов// Известия вузов. Черная металлургия. -М.: МИСиС, 1987, №1. - С. 88-90.

2. Кохан Л. С., Шульгин А. В., Семенова Л. М. Физико-механические свойства композита железо-медь-цинк// Металлург. - М.: Металлургиздат, 2010, № 7. - С. 30-32.

3. Кохан Л.С., Шульгин А.В. Новое в теории формообразования композиционных порошковых материалов. - М.: МГВМИ, 2011. - 20 с.

DETERMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIAL "COPPER-NICKEL" BASED ON METAL POWDERS

L.S. Kohan, A.V. Shulgin, I.S. Novozhilova

In this paper, a method of determining physical and mechanical properties of composite materials "copper-nickel" on the basis of metal powders "compositional method" was presented.

KEY WORDS: metal powder, relative density, composite materials.