CC BY
14
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 2 (11)
ИННОВАТИКА, КАЧЕСТВО, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
УДК 621.762.222
Д.В. Моисеенко, И.В. Касарим, Д.С. Яцко, В.П. Рева
МОИСЕЕНКО ДЕНИС ВАЛЕРЬЕВИЧ - ассистент, Инженерная школа (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: [email protected] КАСАРИМ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ - студент, Инженерная школа (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
ЯЦКО ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ - студент, Инженерная школа (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
РЕВА ВИКТОР ПЕТРОВИЧ - доцент, Инженерная школа (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: [email protected]
ОСОБЕННОСТИ КОМПАКТИРОВАНИЯ ПОРОШКА, ПОЛУЧЕННОГО В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗМОЛА СТРУЖКИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ СОВМЕСТНО С ПОЛИМЕРОМ
Рассмотрены прессуемость и спекаемость порошковой быстрорежущей стали, полученной в результате диспергирования отходов металлообработки стали Р6М5 в присутствии высокомолекулярного соединения. Показано, что порошковая быстрорежущая сталь, полученная диспергированием стружки стали Р6М5 в присутствии полиметилакрилата, обладает технологическими свойствами, приемлемыми для последующего изготовления компактных изделий. Ключевые слова: стружка быстрорежущей стали, высокомолекулярное соединение, механоде-струкция, виброобработка, полиметилметакрилат, прессуемость, спекаемость, пористость.
The peculiarities of compacting the powder obtained when milling high-speed steel chips with polymer. Denis V. Moiseenko, Igor V. Kasarim, Dmitry S. Yatsko, Victor P. Reva - School of engineering (Far Easten Federal University, Vladivostok).
The article deals with compressibility and sintering ability of high speed steel powder resulting from dispersion of waste metal steel R6M5 in the presence of high molecular weight compounds. It has been demonstrated that the high-speed steel powder obtained by way of dispersing the R6M5 steel chips in the presence of polymethylmethacrylate has the technological properties feasible for the subsequent manufacture of compact products.
© Моисеенко Д.В., Касарим И.В., Яцко Д.С., Рева В.П., 2012
Key words: high-speed steel chips, high-molecular compound, mechanical destruction, vibration treatment, polymethylmethacrylate, compressibility, sintering behaviour, porosity.
Значительным резервом экономного расходования металлов в промышленности является повышение эффективности использования отходов металлообработки, так как несмотря на постоянное усовершенствование производственных процессов и внедрение новой техники, ежегодные отходы металла в стружку на предприятиях составляют несколько миллионов тонн.
Промышленное использование стружки в плавильных агрегатах до сих пор не нашло рационального решения, так как при этом угар достигает 30%. Наиболее целесообразной и прогрессивной областью применения стружки быстрорежущей стали следует считать порошковую металлургию [2], поскольку в отличие от традиционной технологии переплава здесь не происходит безвозвратной потери дефицитных легирующих элементов.
С целью предотвращения интенсивного агрегатирования высокоактивных частиц и ускорения процесса измельчения металлов его проводят в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ). Наиболее часто в практике измельчения материалов используются жидкие ПАВ [3].
В качестве высокомолекулярной среды, способной подвергаться механодеструкции и генерировать низкомолекулярные активные компоненты, был выбран полиметилметакрилат (ПММА). Эти компоненты активно участвуют в процессах диспергирования металла, так как продукты механокрекинга ВМС проникают в поверхностные трещины, формируя на гранях тонкие пленки и предотвращая их смыкание [1].
Задача настоящей работы: исследование прессуемости и спекаемости порошковой быстрорежущей стали, полученной в результате диспергировании стружки стали Р6М5 в присутствии механически деструктируемого полимера.
Используя опыт предыдущих исследований, в качестве твердофазного ПАВ применялся эмульсионный ПММА в количестве 2 мас. %. Размол стружки производился в энергонапряженной вибромельнице [4], работающей при частоте колебаний контейнера 650...850 мин-1 и амплитуде 90 мм. Интенсивность измельчения составляла 1:20, время размола - 4-12 мин. Измельчающими телами служили шары из стали ШХ-15. Перед измельчением стружка предварительно центрифугировалась, затем промывалась в бензине Б-70 и ацетоне, после чего просушивалась при температуре 60-80 °С в течение 2 ч.
Прессование образцов осуществляли на гидравлическом прессе при давлении 800 МПа. Спекание образцов проводилось в засыпке из оксида алюминия в герметичных контейнерах, оборудованных патрубком для регистрации давления газа, образующегося в процессе нагрева. Выдержка при температуре спекания 1180-1250 °С составляла 1 ч, после чего контейнер выгружался из печи и охлаждался на воздухе.
Изменение плотности и пористости прессовок из порошка, полученного измельчением стружки стали P6M5 с 2 мас.% ПММА в зависимости от времени измельчения и давления прессования представлено на рис. 1. Плотность прессовок с увеличением давления прессования линейно возрастает, соответственно снижается пористость.
Увеличение времени вибрационной обработки приводит к снижению плотности прессовок и увеличению пористости. По-видимому, причина заключается в том, что с развитием поверхности порошка большое количество продуктов механодеструкции полимера проникает в поверхностные дефекты металлических частиц. При малых временах размола полимер находится между частицами порошка и выполняет роль смазки. При увеличении времени диспергирования полимер проникает в микротрещины, что ведет к увеличению эффекта упругого последействия, соответственно, - к снижению плотности прессовок.
Рис. 1. Плотность (А) и пористость (Б) прессовок из порошка стали Р6М5 в зависимости от времени измельчения стружки и давления прессования. Время размола: 1 - 4 мин; 2 - 12 мин
При работе с порошками, полученными в результате диспергирования стружкоотходов совместно с механически деструктируемым полимером, необходимо учитывать, что в процессе нагрева до температуры спекания осуществляется термодеструкция ПММА с образованием летучих. Повышение плотности брикетов за счет увеличения удельных давлений может привести к образованию закрытых пор, ухудшающих процесс восстановления порошка при спекании. Кроме того, затруднен выход газообразных продуктов термодеструкции, что может привести к разбуханию брикетов при спекании.
1180 1200 1220 1240 Т
Рис. 2. Плотность (1) и пористость (2) образцов из порошка стали Р6М5 в зависимости от температуры спекания
Спекаемость исследовали на прессовках из порошка, полученного измельчением в течение 12 мин стружки стали Р6М5 в присутствии 2 мас.% ПММА. Показано изменение плотности и пористости образцов в зависимости от температуры спекания (рис. 2). Исходя из того что в процессе нагрева в интервале температур 120-450 °С происходит термодеструкция ПММА с образованием газообразных продуктов, обладающих восстановительными свойствами, спекание проводилось в герметичном контейнере в атмосфере собственных продуктов термодеструкции полимера.
Как видно, при температуре спекания более 1220 °С пористость спеченных образцов не превышает 3%. При температуре спекания 1250 °С пористость составляет 0,5-1%, максимальная объемная усадка (30-32%) реализуется в интервале температур 1220-1250 °С.
Таким образом, порошковая быстрорежущая сталь, полученная диспергированием стружки стали Р6М5 в присутствии ПММА, обладает приемлемыми технологическими свойствами для последующего изготовления компактных изделий инструментального и композиционного назначения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гороховский Г.А., Чернышев В.Г., Рева В.П. и др. Получение металлических порошков методом измельчения стружкоотходов // Порошковая металлургия. 1988. № 12. С. 1-8.
2. Кипарисов С.С., Андреалян А.А. Получение порошковой быстрорежущей стали из отходов инструментального производства // Технология производства, научная организация труда и управления: науч.-техн. реф. сб. Вып.10. М., 1980. С. 4-6.
3. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Проблемы получения порошков и изделий из них с использованием в качестве сырья стружковых отходов // Порошковая металлургия. 1979. № 9. С. 56-64.
4. Онищенко Д.В., Рева В.П. Получение нанопорошка карбида вольфрама методом механической активации // Физика и химия обработки материалов. 2011. № 2. С. 71-77.
