CC BY
40
5. Гуль, Ю.П. Влияние способа термического упрочнения на низкотемпературную прочность стержневой арматурной стали [Текст] / Ю.П. Гуль, А.С. Гулевский, А.П. Ярмоленко // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1973. - Вып. 5. - С. 31-32.
Abstract
The article presents the results of our studies in heat strengthening. Although there are many works, investigating heat strengthening of a reinforcing bar, modern literature could not provide sufficient information on formation of the structure and properties of reinforcement by broken hardening. To obtain the reinforcement with necessary distribution of the microstructure on the cross section, we have developed two modes of heat strengthening, varying by water pressure, supplied to the first section (mode 1 - 0.8 MPa, mode 2 - 1.5 MPa). The water pressure in the second and third sections, and the speed of rolling at two modes were similar and were equal to 0.6 MPa and 11.8 m/s respectively. The microstructures analysis showed that after the first mode of heat strengthening the structure consisted of colonies of quasieutectoid and rod cementite. After the second mode the structure consisted of bainite over the entire section.
The above results, obtained from experiments in the flow of jobbing mill 250-1 produced by public company «AMKR», confirmed the possibility of obtaining new data on the features of the phase transformations of austenite and the formation of such structure on the cross section of the reinforcement, which was little known. The use of broken hardening showed that such mechanical properties as strength and flexibility met the requirements of international standards. This improves handling of the process of the formation of structure and properties of bar, as well as adds to it additional consumer properties.
Keywords: structure, heat-strengthened reinforcing bar, broken hardening.
-□ □-
Представлено результати дослгджень по створенню низкощшьного вуглець-вуглецево-го композицшного матерiалу методом введен-ня оргашчних пороутворювачiв, що дозволяв одержувати матершл и заздалеггдь задани-ми властивостями. Матерiал, що одержують, з успгхом може бути використаний у якостi теплогзоляцп для електровакуумног техшки
Ключевi слова: вуглець-вуглецевий композицшний матерiал, карбониацш, поро-
утворювач, щшьнкть, теплоЬоляцЫ
□-□
Представлены результаты исследований по созданию низкоплотного углерод-углеродного композиционного материала методом введения органических порообразователей, позволяющих получать материал с заранее заданными свойствами. Получаемый материал с успехом может быть использован в качестве теплоизоляции для электровакуумной техники
Ключевые слова: углерод-углеродный композиционный материал, карбонизация, пороо-
бразователь, плотность, теплоизоляция -□ □-
УДК 620.22:661.666
ПОЛУЧЕНИЕ НИЗКОПЛОТНЫХ УГЛЕРОДНЫХ КАРБОНИЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
А. В. Карпенко
Ассистент* Контактный тел.: 050-534-59-19 Е-mail: abkarpenko@mail.ru В. А. Скач ков Кандидат технических наук, доцент* И. Ф. Червонный Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой* Контактный тел.:(061) 223-82-61, 050-637-01-21 Е-mail: rot44@yandeх.ru *Кафедра металлургии цветных металлов Запорожская государственная инженерная академия пр. Ленина 226, г. Запорожье, Украина, 69006
1. Введение
Создание новых современных углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) имеет важное значение для развития различных отраслей
промышленности, повышения эффективности и качества выпускаемой продукции. Особую роль при этом приобретает технология изготовления указанных материалов [1].
g
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Низкоплотные материалы могут быть получены двумя способами: высадкой из водной суспензии и введением порообразователей в заготовку карбонизу-емого УУКМ. В первом случае плотность получаемого материала достигает 0,25-103 кг/м3, но структуру такого материала трудно регулировать [3].
Проблема формирования карбонизованных углеродных композиционных материалов с заданной структурой и физико-механическими свойствами является актуальной, а методы расчета технологических режимов таких материалов представляют несомненный научный интерес.
Цель и задачи исследования сводятся к созданию низкоплотного углерод-углеродного композиционного материала методом введения органических порообра-зователей позволяющих получать материал с заранее заданными свойствами.
Одним из эффективным методов создания в объеме карбонизованных углеродных материалов заданной пористости с регулируемой формой и расположением пор является введение порообразователей. Порообра-зователи должны иметь низкий коксовый остаток, форму и расположение в объеме углеродных композиционных материалов, соответствующие требуемой пористости. В процессе сокарбонизации углеродных волокон, феноло-формальдегидной матрицы и пороо-бразователей, формируется требуемая структура кар-бонизованных углеродных композиционных материалов.
При карбонизации заготовок из углепластика фе-ноло-формальдегидная матрица изменяет свои физико-механические характеристики. Для исследования преобразований в феноло-формальдегидных смолах изготавливались образцы по следующей технологической схеме:
• получение форполимера (нагрев до температуры 80+100С с выдержкой);
• приготовление пресспорошка (размол форпо-лимера до порошка);
• прессование заготовок образцов;
• механическая вырезка.
Процесс карбонизации проводили в среде защитного газа (азот) при температуры 900 0С. Усадки образцов определяли периодически через каждые 100 0С.
На рис. 1 представлены объемные и линейные усадки феноло-формальдегидной смолы на основе СФ-010 и уротропина.
Как видно из представленного графика объемные и линейные усадки ФФС при карбонизации имеют три характеристические температуры. При карбонизации смолы до 400 0С идет незначительное увеличение значений усадки, с повышением температуры до 600 0С идет резкое увеличение значений величины усадки. При дальнейшем повышении температуры карбонизации до 900 0С усадка ФФС происходит более плавно.
Углеродные волокна в процессе карбонизации заготовок УУКМ термохимических преобразований не претерпевают [4].
В качестве порообразователей предполагается использовать органические материалы с низким коксовым остатком. Введение органических порообра-
зователей позволяет получать УУКМ по обычной технологическойсхеме с плотностью от 0,4...0,8 103кг/м3. В зависимости от выбранного порообразователя в конечном материале образуются поры различного размера, формы и назначения [3].
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Температура, 0С
Рис.1. Усадки феноло-формальдегидной смолы в зависимости от температуры обработки: 1 — объемные усадки;
2 — линейные усадки
Исследовали органические материалы - порообра-зователи имеющие низкий коксовый остаток: хлопок, полистирол, полиэтилен, древесные волокна, полиуретан, вискозу, древесные опилки. Исследования по определению коксового остатка проводили в лабораторной печи без доступа кислорода при температуре 850 0С (табл. 1). В процессе карбонизации происходят сложные физико-химические превращения в объеме полимерной матрицы и порообразователей с образованием коксового остатка. При этом выделяются летучие газообразные вещества различного состава и реализуются процессы термохимической усадки, температурного расширения и порообразования. Такое многообразие процессов обусловливает образование микротрещин, микропор и формирование поля структурных напряжений.
Таблица 1
Свойства исследуемых материалов - порообразователей
Материал Плотность 103, кг/м3 Потеря массы, %
Хлопок 1,54...1,56 81,0
Полистирол 1,05 83,0
Полиэтилен 0,90 82,0
Древесные волокна 0,30 90,9
Вискоза 1,30 83,5
Древесные опилки 0,40 84,4
Расчет теоретической плотности рт карбонизован-ного материала с порообразователем осуществляли с использованием следующей зависимости:
Pm =£Я, Р, ki ,
(1)
где qi - объемное содержание 1-го компонента в композиции;
pi - плотность 1-го компонента системы; - углеродный остаток каждого из компонентов.
Для изготовления образцов были взяты углеродные волокна на основе вискозы. В качестве связующего выбрана фенол-формальдегидная смола СФ-010 с уротропином в качестве отвердителя, традиционно используемая при получении УУКМ [1].
Общая схема получения низкоплотного УУКМ с порообразователем проходит по традиционной технологии прессования пластика на основе фенольного связующего [3]:
1. Подготовительные операции:
- приготовление углеродных волокон;
- приготовление связующего.
2. Приготовление пресс-массы материала.
3. Прессование заготовок.
4. Карбонизация.
5. Определение плотности и пористости.
Образцы были изготовлены традиционным методом горячего прессования с добавлением порообразо-вателя по предложенным рецептурам (табл. 2).
На формирование пористой структуры УУКМ существенное влияние оказывают технологические параметры получения того или иного наполнителя, а также особенность его молекулярной структуры.
Таблица 3
Физико-механические свойства низкоплотного УУКМ
Показатели Значения
Плотность материала (кажущаяся), 103 кг/м3 0,45...0,75
Разноплотность материала по высоте заготовки, % до 0,3
Открытая пористость, не менее % 60
Коэффициент температурного линейного расширения, 1/К (5,5...6,1)10-6
Предел прочности при изгибе, МПа не менее 90
Предел прочности при сжатии: перпендикулярно плоскости прессования, МПа параллельно плоскости прессования, МПа 60.80 85.105
Содержание серы, % масс 0,2
Содержание углерода, не менее % масс 99,6
Теплопроводность, не более Вт/м-К 0,43
Таблица 2
Рецептуры для получения низкоплотного материала с ожидаемой плотностью материала
3. Выводы
Вид по-рообразо-вателя Содержание компонентов системы, % Плотность материалов до карбонизации 103, кг/м3 Расчетная плотность Экспериментальная плотность материала 103, кг/м3
УВ ФФС Наполнитель материалов после карбонизации 103, кг/м3
Полиэтиленовое волокно 8 5 15 10 32 36 39 40 60 59 46 50 1,08 1,15 1,19 1,25 0,62 0,75 0,89 1,02 0,51 0,67 0,73 0,97
Вискозное волокно 10 5 20 10 30 39 35 40 60 59 45 50 0,75 0,85 1,01 1,15 0,52 0,67 0,83 0,98 0,44 0,52 0,71 0,86
Хлопковое волокно 10 5 15 8 40 35 40 32 50 60 45 60 1,66 1,78 0,98 1,19 0,51 0,67 0,83 0,98 0,42 0,49 0,73 0,84
Древесная мука 10 10 15 5 40 30 40 35 50 60 45 60 0,88 0,95 1,06 1,18 0,55 0,7 0,85 0,99 0,46 0,59 0,71 0,79
Применение УУКМ с низкой плотностью (до 0,2103 кг/м3), термической устойчивостью до 3000 0С и теплопроводностью до 0,4 Вт/(мхК) позволит в 2...5 раз снизить тепловые потери электропечей по сравнению с агрегатами, оснащенными экранной теплоизоляцией на основе тугоплавких металлов.
Рассмотренный подход к реализации процесса карбонизации углеродных композитов с порообразователями позволяет разрабатывать рациональные технологические режимы производства профильных изделий различных геометрических размеров и формы. Разработаны рецептурные составы и технологии изготовления композитов данного типа, применяемых для систем теплозащиты, силицирован-ных УКМ для антифрикционных узлов и высоконагруженных конструкций.
Так, при введении наполнителя волокнистой структуры поры после карбонизации приобретают линейный характер, то есть становятся транспортными. При добавлении порообразователя в виде гранул или порошка после карбонизации образуются поры сферической формы. Наличие пористости в углеродных материалах оказывает существенное влияние на их физико-механические свойства (прочность, модуль упругости, электросопротивление, теплопроводность и др.).
Заготовки карбонизовали при 1000 0С, в инертной или восстановительной атмосфере. Карбонизация обеспечивает деструкцию фенол-формальдегидной смолы и переход ее в твердую углеродную матрицу. На этой стадии технологии происходит выделение летучих продуктов пиролиза, образование закрытой и открытой пористости, усадка заготовки.
Полученные по предложенной схеме низкоплотные материалы обладают следующими физико-механическими свойствами (табл.3):
Литература
Фиалков, А. С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе [Текст] / А. С. Фиалков - М. : Аспект Пресс, 1997. - 714 с. - Библиогр. : с. 662-711. -2000 экз. - ISBN 5-756701907.
Мармер, Э. Н. Электропечи для термоакуумных прон цессов [Текст] / Э. Н. Мармер, С. Г. Мурованная, Ю. Э. Васильев; 2-е изд. перераб. и доп. - М. : Энергоато-миздат, 1991. - 232 с. - Библиогр. : с. 219-229. - ISBN 5-283-00597-6.
Карпенко, А.В. Формирование заготовок углерод -углеродных композиционных материалов из водных суспензий [Текст] / В.А Скачков., С.С. Кудиевский, А.В. Карпенко, Р.А. Шаповалов // Металлургия : сб. науч. трудов. - Запорожье : ЗГИА, 1999. - Выпуск №2. - С. 82-87. Конкин, А. А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы [Текст] / А. А. Конкин. - М. : Химия, 1974. - 376 с.
Abstract
The formation of carbonized carbon-carbon composite materials with a specified structure and physico-mechanical properties is an important task; and the methods of calculation of technological modes of obtaining such materials are of great scientific interest. The study aims to create the low-density carbon-carbon composite material based on carbon fibers and phenol-formaldehyde binder with the introduction of organic expanding agents. The use of the organic expanding agents permitted to produce the composite materials with controlled density of 0,4 ... 0,8 • 103 kg/m3. The basic technological properties of the expanding agents were studied and the formula to produce carbon materials with predetermined properties was recommended. This approach of carbonization of the low-density carbon-carbon composite materials with the expanding agents permits to develop rational modes of production of products of different dimensions and forms, used for heat-insulation of electrovacuum equipment Keywords: carbon-carbon composite material, carbonization, expanding agent, density, heat insulation
-□ □-
Проведено дослгдження змти абразивних властивостей розчин-них будiвельних сумшей при бага-тократному проходжеш через робочи камери диференщальних розчинонасоЫв
Ключовi слова: розчинонасос, абразивн властивост^ частинки тску
□-□
Проведено исследование изменения свойств растворимых строительных смесей при многократном прохождении через рабочие камеры диференциаль-ных растворонасосов
Ключевые слова: растворона-сос, абразивные свойства, частицы песка -□ □-
УДК 691.53: 621. 65. 004.68
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЗМ1НИ АБРАЗИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БУД1ВЕЛЬНИХ СУМ1ШЕЙ ПРИ РОБОТ1 ДИФЕРЕНЦ1АЛЬНИХ РОЗЧИНОНАСОС1В
О. С. Васильев
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра будiвельних машин та обладнання iм. Олександра Онищенка Полтавський нацюнальний техшчний уыверситет iм. Юрiя Кондратюка Пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, УкраТна, 36011 Контактний тел.: 050-598-03-14
1. Вступ
Шлях вщ розробки розчинонасомв, !х
модершзацп i вдосконалення до сершного виготов-лення на виробництвi обов'язково супроводжуеться перюдичним проведенням ресурсних випробувань на довговiчнiсть. Для ще! мети, як правило, використову-ють спещальт випробувальш стенди, яю складаються
з розчинозмшувача iз мехатчною мшалкою, розчи-нонасоса, що випробовуеться, i навантажувального пристрою для створення тиску на виходi з розчино-насоса. Бункер змшувача, як правило, не перевищуе по обсягу 100 - 300 дм3, а пристрш, що навантажуе, найчастше являе собою гумовотканинний або метале-вий розчинопровщ певно! довжини.
2. Аналiз ocTaHHix дослiджень i публiкацiй та видiлення не розв'язаних рашше частин загально! проблеми
Тиск подачiвпроцесiвипробуваньрозчинозмiшувачiв звичайно не перевищуе 1 МПа [1]. Для створення бшьш
високого тиску необхщно мати трубопроводи значно! довжини. Створювати ж шдвищений тиск шляхом за-щемлення гумовотканинного рукава не можна, оскшьки при створенш такого мiсцевого опору будiвельний вапняно-пiщаний розчин розшаровуеться з утворенням "пробки" i подальша подача розчину по трубопроводу стае неможливою [2]. Крiм того, з огляду на тривалють ресурсних випробувань, при високому тиску подачi до-велося б затрачати значну кшьюсть електроенергп [3, 4].
При ресурсних випробуваннях на стендi перекачуеться розчин, що рухаеться по замкнутому колу, тобто надходить iз бункера змшувача в розчинонасос ^ пройшовши через його робочi камери й кульовi кла-пани, вертаеться по трубопроводу назад у змшувач [5].
3. Формулювання цшей стaттi
Метою даного дослщження е встановлення змши абразивних властивостей розчинних будiвельних сумiшей при перекачуваннi по замкненому колу.
