Развитие активированной контактной поверхности при формировании горячештампованных порошковых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

достаточно больших значениях зазора в упругой постановке проводить не имеет смысла, поскольку в этом случае в шве возникают заметные пластические деформации, приводящие к его упрочнению [4]. Здесь целесообразно привлечение конечно-элементных методик расчета.

Выводы

Вычисление параметра локальной особенности по напряжениям а и построение спектра резонансных частот позволяют полностью изучить все качественные и количественные характеристики волнового поля в ПС. С помощью полученных результатов исследования коэффициентов концентрации можно подобрать геометрические и упругие параметры ПС для минимизации интенсивности волновых движений в окрестности раздела сред. Данная методика исследования без принципиальных изменений может быть перенесена на случай кинематических граничных условий.

Автомобильно-дорожный институт, г. Горловка

Литература

1. ЛашкоН.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. М., 1977.

2. Гринченко В.Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев, 1981.

3. Вовк Л.П. Особенности гармонических колебаний кусочно-неоднородной прямоугольной области // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2002. № 4. С. 9-13.

4. Кузнецов О.А., Погалов А.И. Прочность паяных соединений. М., 1987.

5. Касаткин Б.С., Прохоренко В.М., Чертов И.М. Напряжения и деформации при сварке. Киев, 1987.

6. Вовк Л.П., Лупаренко Е.В., Соболь Б.В. Численно-

аналитический анализ вибродеформирования прямоугольных поперечно-неоднородных в плане деталей // Тр. 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Ростов н/Д, 2001. С. 76-82.

7. Леус Ю.Я., Ханухов Х.М. Зависимость модуля упругости от физических свойств материала // Проблемы прочности. 1983. № 12. С. 10 -105.

8. ANSYS. Basic Analysis Procedures Guide. Rel. 5.3.//ANSYS Inc. Houston. 1994.

1 июня 2003 г.

УДК 621.762.4

РАЗВИТИЕ АКТИВИРОВАННОЙ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГОРЯЧЕШТАМПОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

© 2004 г. В.Ю. Дорофеев, М.С. Егоров, С.Н.Егоров

Производство горячештампованных порошковых материалов (ГШПМ) с высоким уровнем свойств возможно при обеспечении формирования внутрикри-сталлитного сращивания на всей площади контактной поверхности. Так как процесс сращивания является активированным, то поверхность с завершенным сращиванием будем называть активированной контактной поверхностью.

Данная работа посвящена исследованию формирования активированной контактной поверхности на всех технологических операциях получения ГШПМ.

Для оценки площади контактной поверхности, на которой сращивание завершено, необходимо выбрать условия измерения тех или иных свойств материала, при которых не происходит изменение контактной площади. Этому условию отвечают измерения электросопротивления при комнатной температуре и предела прочности при растяжении при температуре - 120 °С. В процессе хрупкого разрушения не происходит заметного образования шейки, сопровождающего разрушение при комнатной температуре, что повышает точность определения площади контактного сечения. Измерением электрического сопротивления для оценки контактной поверхности пользовались, в частности, в [1-3]. Расчет проводился по методике, применяемой в [4, 5], суть которой заключается в том, что относительное контактное сечение (акср) рассчитывается по формуле

акср Fi/Fm

(1)

где - площадь контактной поверхности с завершенным сращиванием; Бном - номинальная площадь сечения порошкового тела; - текущее значение свойства порошкового тела; Гтах - значение свойства порошкового эталона.

Эталоном считается порошковое тело с полным завершением сращивания на всей контактной поверхности, т. е. отвечающее условию

ч* = ч*

ÍJсрi ^ном.

(2)

Эталоном служил образец из порошкового железа, подвергнутый дополнительной обработке давлением после горячей штамповки до беспористого состояния. Предел прочности эталонного образца составил 355 МПа, удельное электросопротивление - 19 мкОм-см.

Технология производства ГШПМ предусматривает обязательное термическое воздействие на зону сращивания, выражающееся в нагреве пористой заготовки перед горячей допрессовкой в сочетании с возможным спеканием. Поэтому перед рассмотрением сращивания при горячем уплотнении следует оценить качество сращивания, достигаемое до этой технологической операции. Результаты механических испытаний (ств) и измерения электросопротивления (Я) хо-лоднопрессованных и спеченных пористых образцов

представлены в табл. 1. В числителе приведены значения свойств холоднопрессованного материала, в знаменателе - спеченного. Спекание проводили при температуре 1100 °С в течение 90 мин.

Таблица 1

Зависимость свойств порошкового материала

от пористости

Свойство Пористость, %

40 30 20 12

R, ом 0,17/0,049 0,11/0,019 0,116/0,0087 0,085/0,004

ов, МПа 7,05/24,75 10,64/64,1 10,6/140 14,3/280

Значения а , рассчитанные по выражению (1) по данным механических испытаний (1) и измерения электросопротивления (2), в зависимости от пористости показаны на рис. 1.

а

0,96 -0,94 -0,92 -0,9 -

10 20 30 П, %

б

Рис. 1. Зависимость относительного активированного контактного сечения от пористости: а - после статического холодного прессования; б - после спекания

Представленные результаты свидетельствуют о том, что в холоднопрессованном материале относительная площадь активированой поверхности крайне мала. Спекание позволяет значительно улучшить качество сращивания на контактной поверхности. Таким образом, можно заключить, что спекание при определенных условиях может обеспечить внутрикристал-литное сращивание на всей контактной поверхности.

Для исследования кинетики развития сращивания на стадии горячей допрессовки определим а,, прессовок, уплотненных до высокоплотного состояния и с уменьшением пористости на 5 % (табл. 2). Режимы статического холодного прессования (СХП) и нагрева выбирались из условия недопустимости окисления межчастичной поверхности сращивания (МЧПС) кислородом, захлопнутым в закрытых порах.

Таблица 2

Зависимость свойств горячедеформированного порошкового материала от пористости и температуры уплотнения (Т)

т°с Свойство Изменение пористости, %

40-35 40-1 30-25 30-1 20-15 20-1 12-7 12-1

950 R, мОм 49 3,4 17 3,5 8,8 3,5 4,3 3,7

ов, МПа 24,8 334 71 333 140 332 284 330

1050 R, мОм 35 3,7 15 3,6 8,1 3,5 40 3,6

ов, МПа 31,95 337 81,6 338 152 336 300 335

1150 R, мОм ов, МПа 25 49,3 3,5 351 13 95,85 3,4 352 60 204 3,5 350 3,5 337 3,4 350

Точность измерения электросопротивления составила ± 1,7 %, предела прочности - ± 3,5 %. Анализируя представленные результаты, можно сделать заключение, что при горячем уплотнении свойства порошкового материала практически не зависят от операции спекания, естественно, в тех случаях, при которых не требуется гомогенизация материала.

Рассмотрим зависимость Аакср от изменения пористости (ДП) (рис. 2). Обозначения маркеров на рис. 2,а такие же, как и на рис. 1. Значения приращения а^ при горячей допрессовке варьировались в относительно узком интервале. Маркеры, соответствующие конкретным значениям, не наносились из-за их наложения друг на друга. Исходные значения акср принимались по значениям, приведенным на рис. 1.

а

0 -1-1-1-1-1-1-

5 10 15 20 25 30 35 П, %

б

Рис. 2. Зависимость изменения относительной площади активированной контактной поверхности от изменения пористости при горячей допрессовке: а - неспеченные заготовки; б - спеченные заготовки

Обращает на себя внимание тот факт, что при уплотнении до остаточной пористости = 1 % активированная поверхность совпадает численно с контактной только при температуре уплотнения 1150 °С.

При более низких температурах отличие составляет 0,04-0,05. То есть в этих случаях сращивание происходит не на всей обновленной контактной поверхности. Причиной отличия величин контактной и активированной поверхностей является ретардирова-ние сращивания по сравнению с обновлением контактной поверхности. Поэтому возникает необходимость совместной деформации вошедших в контакт ранее свободных поверхностей порошкового тела для завершения формирования на них внутрикристаллит-ного сращивания. Тот факт, что не всё контактное сечение активировано, может объяснить результаты работ [6, 7], в которых устанавлено, что в интервале значений пористости менее 5-8 % при повышении плотности не наблюдается увеличения трещиностой-кости.

Изменения а^ при относительно небольшом уменьшении пористости (ДП =5 %) представлены в табл. 3. В числителе приведены данные для неспечен-ных образцов, в знаменателе - для спеченных.

Таблица 3

Зависимость изменения относительной площади активированного контактного сечения при горячем уплотнении

Т, °С Изменение пористости, %

40-35 30-25 20-15 12-7

950 0,06/0,01 0,17/0,02 0,37/0 0,76/0

1050 0,07/0,02 0,19/0,05 0,4/0,03 0,81/0,05

1150 0,11/0,06 0,24/0,09 0,54/0,17 0,91/0,15

Резкое возрастание активированной контактной поверхности при уплотнении неспеченных образцов происходит во всем температурном интервале. Что же касается спеченных образцов, то заметное увеличение акср наблюдается только при наиболее высокой температуре допрессовки, при меньших температурах оно несущественно. Объяснить отмеченные явления можно следующим. Сформированная при СХП контактная поверхность характеризуется малой долей активации. В процессе горячей деформации, соответствующей заданному уплотнению, происходит переход неактивированной контактной поверхности в активированное состояние. Следовательно, оценить степень пластической деформации можно по различию изменения активированной контактной поверхности спеченного и неспеченного материала.

Волгодонский институт Южно-Российского государственного технического университета

Критическая истинная степень деформации (екр), выражающая минимальную величину совместной пластической деформации приконтактных объемов материала, необходимую для формирования на этом участке МЧПС внутрикристаллитного сращивания, при различных температурах горячей допрессовки представлена в табл. 4.

Таблица 4

Критическая истинная степень деформации

Температура, °С 950 1050 1150

екр -0,0168 -0,0136 0

Отсутствие критической степени деформации, необходимой для завершения сращивания при 1150 °С, объясняется протеканием релаксационных процессов во время последеформационного охлаждения. Этот процесс можно назвать метастатическим сращиванием, так как он отличается от статического сращивания, происходящего при спекании, и от динамического, осуществляющегося в ходе горячего уплотнения.

Литература

1. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г. Контактные явления в пористых волокновых материалах // Порошковая металлургия. 1983. № 5. С. 34-40.

2. Взаимосвязь электропроводности спеченных композиций и дисперсности исходных компонентов/ Ю.П. Заричняк, С.С. Орданьян, А.Н. Соколов и др.// Порошковая металлургия. 1988. № 6. С. 46-51.

3 Разрыв контактов при низкотемпературном спекании / С.С. Кипарисов, А.А. Нуждин, С.Э. Зеер и др. // Порошковая металлургия. 1988. № 8. С. 35-39.

4. Каракозов Э.С., Мякишев Ю.В., Шоршоров МХ. Аналитические оценки схватывания металлов // Порошковая металлургия. 1975. № 6. С. 87-92.

5. Дорофеев Ю.Г., Скориков В.А. О сращивании на контакт-

ных поверхностях металлических частиц при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия. 1975. № 6. С. 43-47.

6. Особенности вязко-хрупкого перехода в порошковых материалах на основе железа. 1: Механические характеристики порошкового железа в интервале температур вязко-хрупкого перехода / С.А. Фирстов, Ю.Н. Подрезов, А.Г. Жердин и др. // Порошковая металлургия. 1988. № 1. С. 69-73.

7. Межчастичное разрушение железных порошковых материалов / С.А. Фирстов, Ю.Н. Иващенко, А.А. Малышенко и др. // Порошковая металлургия. 1991. № 4. С. 78-85.

10 февраля 2003 г.