CC BY
13
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.
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
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:
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:
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.
