CC BY
24
УДК 621.762
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ПОРОШКА СПЛАВА 22Х15КА Костин Дмитрий Владимирович, аспирант Самборук Анатолий Романович, д.т.н., профессор (e-mail: samboruk55@mail.ru) Кузнец Елена Анатольевна, к.т.н.
Жуков Сергей Юрьевич, магистрант Самарский государственный техническийуниверситет,Самара, Россия
Приведены результаты исследований по шихтовке порошка 22Х15КА для использования в MHM-технологии изделий из магнитотвердых материалов. Исследован гранулометрический состав исходных порошков металлов, определены формы частиц.
Ключевые слова: шихта, гранулометрический состав, формы частиц, измельчение, технология
Сырьем для изготовления деталей по МИМ-технологии являются грану-лят (фидсток), который представляет собой смесь полимеров и металлических порошков в виде цилиндров высотой 2-5 мм и диаметром около 3-4 мм [1].
Гранулят состоит из мелкодисперсных металлических порошков железа и легирующих элементов фракцией от 1 до 20 мкм, смешанные со связующим (пластификатором) и специальными смазками. Качество такого материала является основным критерием стабильного получения годной МИМ-продукции с заданными параметрами.
В качестве металлической части в МИМ-процессе может быть использован практически любой металл, который может быть произведен в виде порошка. Более дорогие материалы являются наиболее перспективными с экономической точки зрения. Это мнение основано на том факте, что, в отличие от альтернативных процессов, которые включают механическую обработку, при МИМ практически не образуется отходов, что помогает компенсировать высокую стоимость получения порошков требуемой формы.
Форма частицы металлического порошка является важной по многим причинам. Желательно подбирать настолько правильное соотношение металла, насколько возможно, это означает, что требуются порошки, имеющие высокую насыпную плотность. Поэтому должна иметь предпочтение сферическая или околосферическая форма частиц. Средний размер вводимых частиц также является важным. Хорошо известно, что более тонкие порошки агломерируются легче, чем более грубые. Поэтому они являются наилучшим выбором при МИМ, но существует большое число ограничивающих фактов.
Пустота не должна присутствовать в грануляте, поэтому должно быть достаточное количество связующего вещества, чтобы заполнить все меж-
частичное пространство. При возможности порошок выбирается для достижения высокой упаковочной плотности. Это требует корректировки распределения размера частиц или их форм. Избыток связки снижает вязкость гранулята, но не может обеспечить достаточный контакт частиц, чтобы гарантировать сохранение формы во время удаления связки. Таким образом, выбор правильного соотношения порошка и связки является критическим для успешного формования [2, 3].
Во многом процессы порошкового литьевого формования (ПЛФ) зависят от качества предварительного смешивания порошкового материала, поэтому приготовление шихты является определяющим фактором для получения гранулята.
Были сформулированы основные требования к шихте порошков магни-тотвердого сплава 22Х15КА:
1. Форма частиц порошка 22Х15КА должна быть околосферической и определяться формой частиц исходных порошков металлов.
2. Насыпная плотность порошка 22Х15КА должна быть в пределах (4-6) г/см3.
В качестве исходных компонентов были выбраны порошки карбонильного железа Fe марки ВМ, ферросилиция FeSi 75 %, титаната ванадия Ti-V 27 %, кобальта ПК-1у и хрома ПХ-1М.
Исследования гранулометрического состава исходных порошков производились на лазерном анализаторе размеров частиц «Analysette 22 Compact». Исследование микроструктуры исходных порошков производилось на растровом электронном микроскопе Jeol JSM-6390A.
Результаты исследования гранулометрического состава и микроструктуры порошка FeSi 75 % представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Гранулометрический состав и микроструктура (х1000)
порошка FeSi 75 %
Порошок FeSi 75 % представляет собой смесь крупных и мелких частиц неправильной формы, 50 % частиц имеют размер 20-40 мкм.
Результаты исследования гранулометрического состава порошка ^^ 27% представлены на рисунке 2.
" 0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 1000
N
Рисунок 2 - Гранулометрический состав и микроструктура (хЮОО)
порошка ^^ 27 %
Порошок Ti-V 27 % представляет собой смесь мелких и крупных округлых частиц, 85 % частиц размером 10-30 мкм.
Результаты исследования гранулометрического состава и микроструктуры порошка карбонильного железа марки BM представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Гранулометрический состав и микроструктура (х1000) порошка
карбонильного железа марки BM
Порошок Fe BM представляет собой сферические частицы, 80 % частиц размером 2-10 мкм.
Результаты исследования гранулометрического состава и микроструктуры порошка ПК-1У представлены на рисунке 4.
0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 101
[I
Рисунок 4 Гранулометрический состав и микроструктура (х1000) порошка ПК-1У
Порошок ПК-1У представляет собой конгломераты иглообразных частиц, 70 % частиц размером 10-30 мкм.
Результаты исследования гранулометрического состава и микроструктуры порошка ПХ-1М представлены на рисунке 5.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Q3(n)
dQ3(x)
I
/
; ; ! ! !!
i i ; ; ;; / : ::::::::
; ; ; ;
; ;
; ; ; ; ;;;;; 1
0.1
0.5 1
5 10
50 100
500 1000
Рисунок 5 - Гранулометрический состав и микроструктура (х1000)
порошка ПХ-1М
Порошок ПХ-1М представляет собой округлые частицы, 80 % частиц размером 10-30 мкм.
Рецептура металлической части гранулята: железо (Бе) - 60 %; титан (Т1) - 1,5 %; хром (Сг) - 22-23 %; кобальт (Со) - 14-16 %; ванадий (V) - 0,30,7%; кремний (Б1) - 0,3-0,7 %. Кремний вводился в шихту в виде порошка ферросилиция (Бе81), а ванадий в виде порошка Т1^, при этом остаток титана добирался порошком титана марки ПТМ.
Технология изготовления шихты порошка магнитотвердого сплава 22Х15КА отрабатывалась в шаровой мельнице с металлическими мелющими телами в виде шариков диаметром от 5 до 10 мм и роликов диаметром от 5 до 8 мм и длиной 8-10 мм. Масса загрузки шихты составляла 150 г.
Время измельчения шихты в шаровой мельнице составляло 1-1,5 часа при загрузке 150 г. В результате получается однородная смесь порошков из сферических и округлых частиц с размером отдельных частиц не более 20 мкм.
Список литературы
1. German, Randal М. Injection molding of metals and ceramics [Text] / by Randal M. German and Animesh Bose. - Princeton, New Jersy. - 1997, p. 414.
2. D.V. Kostin, A V Parkhomenko, A P Amosov, A R Samboruk and A V Chemashkin [Text] / Development of feedstock of tungsten-nickel-ironpolyformaldehyde for MIM technology / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 156, 2016.
3. Костин, Д.В. Разработка металлополимерного гранулята на основе полиформальдегида и порошка тяжелого сплава типа вольфрам-никель-железо [TeRCT] / Д.В. Костин, А.В. Пархоменко, А.П. Амосов, А.Р. Самборук, А.В. Чемашкин // Сборник трудов Международной конференции Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016.
Kostin Dmitrii Vladimirovich, graduate student
Samboruk Anatoliy Romanovich, Ph.D., professor
(e-mail: samboruk55@mail.ru)
Kuznets Elena AnatoVevna, Ph.D.
Zhukov Sergey Yurievich, undergraduate
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR THE MANUFACTURE OF SHIELDS POWDER OF ALLOY 22X15KA
Samara State Technical University, Samara, Russia
Abstract: The results of research on the charging of powder 22Х15КА for use in the MIM-technology of products made of magnetically hard materials are presented. The granulometric composition of the initial metal powders was studied, and the shape of the particles was determined.
Key words: charge, granulometric composition, particle shapes,
grinding, technology
