CC BY
4
психологии МГУ им. М.В.Ломоносова. Вып. 1 / Под ред. Б.С. Братуся, Д.А. Леонтьева. - М., 2002. - С. 56-65.
5. Психология личности и образ жизни. /Отв. ред. Е. В. Шорохова, М.: Наука, 1987.
УДК 669.755.018.2
Драгунов С.И. студент магистратуры Шлеин И.П. студент магистратуры Чернов М.М. студент магистратуры Гулевский В.С., к.техн.н.
доцент
кафедра «Машины и технология литейного производства» Волгоградский государственный технический университет
Россия, г. Волгоград
Dragunov S.I. graduate student
Student
Shlein I.P. graduate student
Student
Chernov M.M. graduate student
Student
Gulevsky VS Candidate of Technical Sciences
Assistant professor
Volgograd State Technical University, department «Machines and
technology Foundry» Russia, Volgograd РАЗРАБОТКА СПЛАВА НА ОСНОВЕ МЕДИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОГРАФИТОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
МЕТОДОМ ПРОПИТКИ DEVELOPMENT OF A COPPER ALLOY FOR METALLOGRAPHITE COMPOSITE MATERIALS BY THE METHOD
OF PROCESSING
Аннотация
В качестве основы разрабатываемых сплавов для пропитки углеграфита была исследована медь. Учитывая перспективность применения антифрикционных углеграфитовых материалов, пропитанных медью, для сплавов на ее основе провели полный комплекс исследований ее свойств. Приводятся результаты испытаний сплавов и композиционных материалов на смачивание, механические и электротехнические свойства. Annotation
As a base for being developed impregnating alloys, copper was chosen.
Considering exploitability of usage antifriction carbon-graphite materials impregnated with copper, a full range of research of its properties was carried out. Results of linear shrinkage, infiltration, rust resistance, mechanical and electro technical properties tests of alloys and composite materials are shown.
Ключевые слова: медь, пропитка, углеграфит, смачивание, удельное электросопротивление
Key words: copper, impregnation, carbon-graphite, wetting, electrical resistance
Введение
Металлографитовые композиционные материалы (КМ) отличаются тем, что хорошо сочетают свойства углеграфита (хорошие антифрикционные свойства, устойчивость при высоких температурах, химическая стойкость и т.д.) со свойствами металла (хорошая механическая прочность, высокая электро- и теплопроводность) [1].
Пропитка углеграфитового каркаса жидким металлом является одним из наиболее эффективных способов получения подобных композитов. В материалах такого рода обе составляющие механически проникают друг в друга по способу «скелет в скелет». Они находят широкое применение в качестве уплотнительных и электрофрикционных материалах в токоприемниках для электрической тяги.
Каркас, изготавливаемый из углеграфитовых материалов, обеспечивает фрикционные свойства пропитанного углеродного скелета и формирование вторичного металлического скелета, что одновременно оказывает влияние и на результирующие физические и механические свойства готового материала. В случае, когда КМ предназначен для изделий, работающих в агрессивных средах, то матричный сплав, кроме этого, должен обладать и высокой химической стойкостью. Он также должен устранять в изделии из КМ пористость, присущей углеграфиту, чтобы исключить фильтрацию через изделие агрессивной среды, а также повысить прочность за счет образования металлического скелета, пронизывающего углеграфитовый каркас.
По этим причинам матричный сплав должен удовлетворять следующим условиям: иметь высокие электротехнические показатели, обеспечивать усадку, близкую к нулю, высокую жидкотекучесть, а также смачивать углеграфитовый каркас. Следует помнить, что коэффициент термического расширения сплава должен быть приближен к коэффициенту термического расширения углеграфита. Обеспечение первого требования позволяет избежать появления больших внутренних напряжений в КМ как следствия склонности сплава к росту при кристаллизации или образования зазоров между стенками пор каркаса и матричным сплавом при его большой усадке. Жидкотекучесть и краевой угол смачивания определяют уровень давления и время пропитки, которые необходимы для получения КМ с
заданными свойствами.
Медь обеспечивает высокую электропроводность и имеет относительно невысокую температуру плавления, однако она обладает невысокими прочностными свойствами и жидкотекучестью, а также большой усадкой при температуре пропитки 1100-1200°С, что ухудшает технологические условия получения литых КМ. Кроме того, смачивание графита инертными к углероду металлами обычно отсутствует. Такие металлы как медь, серебро, олово, свинец, сурьма образуют при температурах плавления на поверхности углеграфита краевые углы больше 90°. По своим электротехническим свойствам медь является вторым металлом после серебра, но из-за дороговизны и ограниченности в применении КМ «графит - серебро» широкого распространения не получили. Некоторые исследования [1] показывают, что краевой угол жидкой меди на поверхности углеграфита при температуре 1100°С равен 140°, из-за чего медь не смачивает и не проникает в углеграфит. По этой причине пропитка медью и ее сплавами производилась под большим избыточным давлением при высоких температурах (>1200°С).
В связи с этим оптимальными для электротехнического применения свойствами обладают материалы, пропитанные многокомпонентными сплавами меди. Рабочие температуры КМ, пропитанных медными сплавами, достигают 900°С. Более того, пропитка медными сплавами повышает износостойкость углеграфитовых материалов в 1,5-2 раза.
Целью данной работы явилось получение сплавов, удовлетворяющих всем поставленным условиям (смачивание расплавом углеграфита, хорошая проникающая способность, минимальная усадка, механическая прочность и высокая электропроводимость). Кроме того, взаимная растворимость матричного сплава и материала каркаса должна быть минимальной, а их взаимодействие не должно приводить к снижению эксплуатационных характеристик КМ и повышению вязкости матричного сплава в процессе пропитки.
Методика проведения экспериментов, оборудование и результаты по оценке пропитанных медных сплавов
В соответствии с рекомендациями и требованиями, предъявляемыми к сплавам для пропитки углеграфитовых каркасов: они должны хорошо смачивать и пропитывать углеграфит и, будучи введенными, в его поры, не создавать больших внутренних напряжений, иметь близкие термические коэффициенты линейного расширения и являться защитой графита в окислительных средах при температурном воздействии.
В качестве основы разрабатываемых литейных матричных сплавов использовали наиболее распространенную марку меди М00 ГОСТ 859-2001. Созданные сплавы сопоставляли по свойствам с исходной медью.
Получение литых образцов сплавов осуществлялось методом вакуумного всасывания. Для этого после получения расплава металл
отбирали в кварцевую трубку 05 мм при разрежении 1 -10-1 МПа. Данный метод позволил получить образцы с минимальным содержанием газов в структуре и без дефектов различного происхождения. Структура образцов показана на рис. 1. После охлаждения пробы извлекались из трубки и разделялись на 5 образцов для каждого сплава равной длины, торцы которых обрабатывались до шероховатости Ra=0,16...0,08 мкм. Три образца использовались для проведения механических испытаний на сжатие сплава в исходном состоянии, а два для получения микрошлифов.
Определение твердости матричных сплавов проводили на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм на прессе Бринелля, а прочность КМ на сжатие - на таких же образцах при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 Н.
Определение линейной усадки сплавов меди проводили по стандартной методике (ГОСТ 16317-81), результаты исследований представлены в таблице 1.
Сплав 3 системы медь-фосфор удовлетворяет выше названным требованиям, поскольку обладает наименьшей усадкой.
В качестве критерия для изучения смачивания пропитывающих сплавов на основе сурьмы приняли хорошо известный метод «лежачей капли».
Для этой цели использовали трубчатую электропечь сопротивления ТК 30/200 3. В печь помещалась кварцевая трубка 018 мм 4, концы трубки были закрыты пробками. С одной стороны в пробку была встроена кварцевая трубка 04 мм, в которую подавался аргон со скоростью 3-5 л/мин. В другом конце трубки было предусмотрено выходное отверстие для протока инертного газа 01 мм. В кварцевую трубку 018 мм помещалась алундовая лодочка 2, на которой размещалась углеграфитовая подложка. Лодочка вставлялась в оправку 5, чтобы поместить ее в изотермическую зону печи. Сверху поверхность подложки шлифовалась. На углеграфитовые подложки поочередно помещались навески 1 исследуемых образцов сплавов. Температура фиксировалась на потенциометре КСП4 (термопара ПП-0555) 10 и параллельно термоизмерителем ТЦП-1800В 11 (термопара ВР5/ВР20). Печь была подключена к сети через автотрансформатор 8, позволяющим изменять скорость нагрева печи. Процесс фиксировался на цифровую фотокамеру Samsung S-860 13 и видеокамеру Samsung VP-HMX20C 12. С момента расплавления, каплю выдерживали в течение 10-15 мин. Полученные изображения и видеозаписи обрабатывались на компьютере с помощью программ Adobe Photoshop, Mr. Captor, WinDig и MatLab.
Расчет краевого угла смачивания производился автоматически с помощью специально разработанной компьютерной программы, алгоритм которой базировался на методе Дарси, которая позволяла по контуру капли определить краевой угол смачивания, поверхностное натяжение и работу адгезии.
Дарси предложил эмпирический метод расчета поверхностного
натяжения, основанный на таблицах Башфорта и Адамса. Этот метод основывается на измерении расстояния от верхней точки на поверхности капли до касательной к ее поверхности, проведенной из этой точки под углом 45° (отрезок у на рис.2). Согласно методу Дарси ^^-0.4142,
Y=gp(x)2 [0.0520/f-0.1227+0.0481Ц,
где х, у - геометрические размеры капли (м);
g - сила тяжести (9,81 м/с2);
р - плотность расплава (кг/м3).
Следует отметить, что, несмотря на принципиальную возможность использования других методов расчета, все же наилучшие результаты получаются в том случае, если расчет базируется на отношении диаметров при графическом методе определения поверхностного натяжения. В результате проведенных исследований сплавов на основе меди по определению краевых углов смачивания на закристаллизовавшихся каплях. Значения величин краевых углов сведены в таблицу 2.
Результаты говорят о наблюдаемом снижении краевых углов смачивания при легировании поверхностно-активными элементами P, B, Mo, Cr меди. Было замечено, что поверхностно-активные компоненты распределяются в межфазном слое, обеспечивая барьерное покрытие и достаточную адгезию с углеграфитом.
Медь обладает химической и коррозионной стойкостью при введении всех вышеупомянутых химических элементов [5], поэтому данные свойства мы подробно не рассматриваем.
Кроме того, методику исследований пропитывающих сплавов на основе меди, инертных к углеграфиту, необходимо приблизить к реальным условиям пропитки. Поэтому была разработана комплексная оценка пропитывающих сплавов, которая учитывает в совокупности жидкотекучесть сплавов, смачиваемость, работу адгезии, адсорбцию по отношению к углеграфитовому каркасу и основной показатель -проникающую способность.
Определение проникающей способности сплава меди по отношению к углеграфитовому каркасу определялась по оригинальной методике, заключающейся в измерении массы сплава, протекшего через капилляры диаметром 1,0 и 0,5 мм, выполненный в дне графитового стакана (рис. 3).
После плавки собирали капли металла, которые вытекли через отверстия на дно второго графитового стакана, и определяли вес и объем металла, протекшего через отверстия. Данная методика помогла смоделировать процесс проникновения металла в поры углеграфитового каркаса. Было замечено, что через отверстия 0 1,0 мм свободно протекало насквозь 0,05-0,5 г металла. Расчеты показывают, что максимальная глубина затекания соответствует 84 мм (в случае открытых вертикальных пор 0 1,0 мм) и 27 мм (в случае открытых вертикальных пор 0 0,5 мм). Однако, на
практике поры углеграфитового каркаса имеют меньшее сечение и более сложную конфигурацию. По этой причине, необходимо проводить пропитку под избыточным давлением 10-15 МПа. Глубина затекания определялась как среднее значение из трех опытов, в каждом опыте образец сплава дублировался. Расплавление сплавов осуществляли в вакууме, давление разрежения не менее 0,01 МПа.
Проникающая способность исследованных сплавов по отношению к углеграфитовому каркасу оценивалась для сплавов оптимальных составов, выявленных при оценке температуры плавления и усадки. Поэтому исследованиям на определение проникающей способности подвергались сплавы системы ^^ и такие как 3, 4, 7, 5. В качестве объекта
сравнения М00 ГОСТ 859-2001 (сплав 1). Результаты исследований сведены в таблицу 3.
Несомненно, что проникающая способность рассмотренных сплавов на основе меди позволяет оптимизировать технологический режим пропитки и его основные параметры: температуру, давление, время.
Удельное электрическое сопротивление матричного сплава определялось на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 5 мм вихретоковым методом на приборе «Вихрь-АМ» по ГОСТ 27333-87 после предварительной подготовки образцов по ГОСТ 193-79.
Следует отметить, что технология изготовления образцов для проведения механических испытаний и металлографических исследований сохранила неизменными химический состав и условия охлаждения всей серии исследуемых сплавов. Для этого вакуумным всасыванием из тигля с расплавом кварцевой трубкой отбиралась проба сплава. После охлаждения пробы извлекались из трубки и разделялись на 49 образцов для каждого сплава равной длины, торцы которых обрабатывались до шероховатости Ra=0,16...0,08 мкм. Пять образцов использовались для проведения механических испытаний на сжатие сплава в исходном состоянии, а один на микрошлиф, оставшиеся образцы помещались в коррозионную среду. После коррозионных испытаний, по каждой среде, из одного образца изготавливался микрошлиф, а пять оставшихся использовались для проведения механических испытаний после коррозии.
Результаты механических испытаний образцов представлены в таблице 5. Из данных таблицы следует, что сплав меди 5 после коррозии имеет минимальный разброс прочностных данных, в то время как все остальные сплавы имеют отклонения прочности после коррозии от прочности в исходном состоянии. На рис. 5-9 представлены типичные микроструктуры образцов, имеющие наилучшие показатели свойств.
Экспериментальная проверка свойств сплавов, проводившаяся с целью получения матричного материала с хорошей проникающей способностью, усадкой, близкой к нулю, высокими электротехническими свойствами позволило выявить оптимальные химические составы сплава на основе меди, который может быть использован для получения скелетных композитов
углеграфит - металл. Причем изменение химического состава сплава позволяет управлять не только его эксплуатационными, но и технологическими свойствами. Оказывающими значительное влияние на параметры процесса являются такие параметры, как давление, температура и время пропитки.
Выводы
Таким образом, комплекс проведенных исследований для рассмотренных сплавов меди по определению проникающей способности, температуры плавления, усадки, электротехнических свойств и механической прочности показал, что существуют оптимальные концентрации поверхностно-активных элементов. А выбор их определенных сочетаний позволяет управлять не только эксплуатационными, но и технологическими свойствами пропитывающих сплавов, оказывающими значительное влияние на такие параметры процесса как давление, температура и время пропитки.
Таблица 1 - Результаты экспериментов и расчетов по определению линейной усадки сплавов на основе меди_
Номе р сплав а Химический состав Длина образца, мм Температура заливки, °С Показания индикатора, единицы Линейная усадка, %
1 Си (М00) 69 1230 0,91 1,32
2 Си + 5%Р 69 1230 0,76 1,10
3 Си + 9%Р 69 1230 0,70 1,01
4 Си + 11%Р 69 1230 0,68 0,99
5 Си + 1,6%В 69 1230 0,74 1,07
6 Си + 1%Т1В2 69 1230 0,60 0,87
7 Си + 1%Мо2В 69 1230 0,70 1,01
8 Си + 1%СгВ2 69 1230 0,84 1,22
Таблица 2 - Результаты экспериментального определения краевых углов смачивания сплавов на основе меди_
Измеряемая величина Сплав
Си Си + 9%Р Си + 1,6%В Си + Т1В2 Си + Мо2В
Краевой угол смачивания, град 140 84 125 124 122
Таблица 3 - Результаты исследований проникающей способности сплавов на основе меди
Номер сплава Химический состав Среднее значение глубины затекания в капилляр, мм
1 Си (М00) -
2 Си + 9%Р 27,0
3 Си + 1,6%В 9,0
4 Си + 1%ИВ2 12,0
5 Си + 1%Мо2В 9,0
6 Си + 1%СгВ2 8,0
1
ШшШЧ.....*
чт,
2
■■<ш<
I
I "
К* - Л -
ЛИ ¿С & ■' •
- /
I 50мкм I
ИвшШШ^Н
"Ш
, 50мкм ,
• I I
3
*
^^Омк^
^ г ' ШШШН-6
£« ; ж \у ''а л д. .- .1 к, V • *г (•■•/»
ъ'Щ^Ш - АЛ ЯК ШмЖшж/ 'А
м.1 '«ЛчРу
С/-
■ев и*
д у*» ИР^ »
ЙЙЙгГтШ!
Ь V \ V,.
дат
Яр шв* ^
А
< А А
50мкм
I ^
7 V
1 -1 ^Л'Ч^1""
^^Омк^
А
Ж
1
: Н^н
Рис. 1. Сплавы меди ... (х100)
Использованные источники:
1. Костиков В.И., Варенков А.Н. Взаимодействие металлических расплавов с углеродными материалами. М.: Металлургия, 1981. 184с.
2. Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. - Киев: Техника, 1968, 180 с.
3. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. - Киев:
Наукова думка, 1972, 196 с.
4. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии. Справ. изд./ Под ред. Н.В. Строкана, А.Н. Сухотина. - Л.: Химия, 1987. 280с.
5. Гулевский В. А., Мухин Ю. А., Кидалов Н. А. Модель взаимодействия матричных сплавов при получении композиционных материалов // Материаловедение, 2010. - №3. - С. 13-18.
6. Гулевский В. А., Мухин Ю. А., Загребин А. Н., Пожарский А. В. Влияние легирующих элементов на смачивание углеграфита медными сплавами // Заготовительные производства в машиностроении, 2009. - №6. - С. 45-48.
7. Гулевский В. А., Загребин А. Н., Мухин Ю. А., Пожарский А. В. Применение давления для получения литых композиционных материалов методом пропитки // Заготовительные производства в машиностроении, 2010. - №6. - С. 3-8.
УДК 330.1
Дралина Н.А. студент 3 курса Глушко Н.Ю. студент 3 курса
факультет «Информационно - экономические системы» ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»
(ДГТУ)
научный руководитель: Шамкина Е.В.,
доцент
Россия, г. Ростов - на - Дону РИСК БАНКРОТСТВА НА ПРИМЕРЕ ООО "РОСТОВСКАЯ СТОА
№2 ДАС"
Аннотация. Данная статья освящает возможные причины банкротства предприятий и его предпосылки. На примере ООО "Ростовская СТОА №2 ДАС" рассмотрены меры необходимые для выхода из кризисного положения.
Ключевые слова: банкротство, общество с ограниченной ответственностью , финансы, риск, Ростов.
