СПЕКАНИЕ ПОРОШКОВ TIC-NITI ПРОПУСКАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Приведенная упругость х дня принципиально новой конструкции определяется из двух параллельных, соединенных последовательно сопротивлений Э, и Зм.

Эг^ + Эз

S„ = -

" J СО

S,S

1^11

S, +s,

jco jco jco jco 2(0

0,225 100

= -0,00225 Па

х = х1 = 045= Па 2 2

Из представленного расчета видно, что в принципиально новой конструкции за счет применения упругих квазисферических шайб сопротивление между элементами динамической системы уменьшается, а упругость увеличивается, что приводит к самоустановке зубчатых когес в

пределах зазорэв. Эти шайбы также осуществляют силовое замыкание в сборочных размерных цепях.

Такая конструкция редуктора позволяет расширить допуски на некоторые звенья размерных цепей, является технологичной и не требует использования станков повышенной точности для изготовления деталей.

Литература

1. Семенча П.В., Зислин Ю.А. Редукторы горных машин. Конструкции, расчет и испытания - М.: Недра, 1990,- 237 с.

2. Коган Б.И. Технологическое обеспечение качества изготовления редукторов горных машин. - Кемерово: Куз-бассвузиздат, 1999- 276 с.

3. Коган Б.И. Качество машин.- Кемерово: Кузбассву-зиздат, 2000.- 161 с.

4. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы.-М.: Машиностроение, 1985. 272 с.

5. Дружинский И.А. Механические цепи.- Л.: Машиностроение, 1977 - 276 с.

Спекание порошков TiC-NiTi пропусканием электрического тока

П.В. БУРКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск

С целью повышения качества изделий из порошков используют метод спекания пропусканием электрического тока. Электроспекание имеет общие черты с обычным и активированным спеканием, горячим прессованием, а на уровне элементарного акта - с микроэлектросваркой, этот вид обработки имеет немало особенностей. Воздействие электрического тока на металлические порошки и другие дисперсные материалы порождает ряд интересных явлений. На контактных участках между соседними частицами под влиянием тока происходит интенсивный массоперенос в твердой фазе. В результате для поликомпонентных порошковых систем характерно интенсивное сплавообразо-вание или возникновение новых фаз. Важное значение для практики имеет то обстоятельство, что в случае кратковременного спекания не будет происходить заметного роста зерен. В прессовках из частиц с обычной для порошковой металлургии дисперсностью при такой кратковременной обработке не обеспечивается полная гомогенизация гетерогенных композиций даже при температурах, приближающихся к температуре образования жидкой фазы.

В зависимости от параметров процесса (давление, сила тока, продолжительность обработки) ход спекания может осуществляться по-разному. Е связи с этим изменяется в широких пределах структура и свойства материалов [1-3]. Целью работы является исследование электроспекания порошков "ПС-МГП.

Эксперименты по спеканию "ПС-МП показывают, что в этих материалах температурные градиенты, возникающие при спекании, оказывают существенное влияние на структуру, так как температурный интервал спекания исследуемых материалов относительно узок и часть материала находится ниже 1573 К, что не обеспечивает получения плотного композиционного материала. Образцы цилиндрической формы, спеченные электрическим током, у которых диаметр больше высоты, обладают удовлетворительными

микроструктурой, плотностью и механическими свойствами, несмотря на существующие температурные градиенты во время спекания. Влияние режимов изготовления на свойства сплава не всегда однозначно и не может объясняться только изменениями зернистости. Вопросы внутри-зеренной структуры в компонентах твердых сплавов на разных стадиях технологического процесса изучены аото рами работ [4-6].

Образец, спекаемый между плоскими торцами элект-родов-пуансонов или прокладок, нагревался сильнее в центре, чем на периферии. Чтобы несколько уравнять температуру, был применен вариант спекания между электро-дами-пуансонами с одной плоской и одной вогнутой торцевыми поверхностями. Такой прием вызвал неравномерное распределение тока по поперечному сечению образца: ток с большей плотностью протекал вблизи внешней поверхности, а не вблизи центра. Следсвательно, больше тепла выделялось около внешней поверхности, но его избыток отводился через стенки матрицы, и результирующее распределение температуры стало однородным. Возле поверхности имелись многочисленные участки пористого, или недостаточно спеченного, материага. Ближе к центру образца микроструктура, пористость и твердость были однородными.

Установлено [7, 8], что в некоторых случаях удобно условное разделение всего периода спекания на две стадии: стадию нагрева порошковой смеси до температуры плавления и стадию, в течение которой часть металла в при-контактных областях находится в расплавленном состоянии. Исходя из условий теплового баланса, можно оценить продолжительность обеих стадий. Однако в общем случае процесс спекания не сводится к этим двум стадиям.

Величина контактного сопротивления зависит от газовой среды, металла, дисперсности частиц. Эксперимен-

11

См

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

тально было установлено, что вклад контактного сопротивления между частицами больше при более продолжительном размоле ПС-МП (рис. 1). Это объясняется тем, что с увеличением размеров частиц уменьшается число контактных участков и увеличиваются их размеры. Доля тепловыделения, приходящаяся на межчастичные контакты и подверженная резкому изменению во времени, с увеличением размера частиц уменьшается, причем это тепловыделение становится кратковременным.

ТЕХНОЛОГИЯ

Рис. 1. Зависимость кажущегося сопротивления Р(1-4) от времени спекания (эффективный уровень тока 58 %) и размеров частиц порошка N¡11, мкм: 1) - 40; 2) - 40...33; 3) - 100...150; 4) - 150...250

Свойства спечённого материала зависят от геометрической формы и размеров образцов. Даже в случае спекания образцов с простой геометрической формой существует проблема получения однородного распределения температуры.

Кратковременность электроспекания предупреждает протекание нежелательных реакций между активированными размолом порошками и газами воздушной среды и, следовательно, спекание образцов из этих порошков возможно на воздухе. Также к нежелательным реакциям относится возможное изменение фазового состава (N¡11 в №3П). Время пребывания композиционных материалов при высокой температуре настолько короткое, что не происходит изменения фазовсго состава.

При электроспекании содержание жидкой фазы выше, чем при обычном горячем прессовании. В случае полного расплавления порошка в пресс-форме затекания жидкого металла в зазор между пуансоном и матрицей предотвратить нельзя. В связи с этим электроспекание можно использовать для композиционных материалов, у которых температура спекания находится в интервале между со-лидусом и ликвидусом (как, например, карбид титана-никелид титана). При традиционном изготовлении окончательное уплотнение этих сплавов завершается процессом растворения и вторичного выпадения карбидной фазы в связке. При электроспекании уплотнение происходит благодаря приложенному давлению. Наилучшее уплотнение получено при затрачиваемой электрической мощности 2,25 кВт под давлением 23...43 МПа с быстрым нагревом до 1773 К. Масса образцов составляла 15 г, диаметр - 22 мм, общая длительность спекания 10 с (рис. 2).

Н\х,гПа 20

0,5 1,0 1.5 2.0 Р. кВт Рис. 2. Зависимость микротвердости Нт спеченных образцов композиции 80 % ТЮ + 20 % N¡11 от подводимой мощности (длительность спекания 10 с)

%

ЗОН 20 10

30

20

10

10 мкм

10 мкм

б

Рис. 3. Микроструктура сплава 80 % "ПС - 20 % N¡11, полученная с образцов из карботермического карбида титана (а), реакционноспеченного карбида титана (б)

Связующая фаза равномерно распределена в сплавах обеих партий. В композитах, полученных из реакционноспеченного карбида титана, формируется мелкозернистая матричная структура с равномерным распределением карбидных зерен и связующей фазы (рис. 3, б). Из графиков распределения зерен карбидной фазы по размерам видно, что свойства и подготовка порошка карботермическим (рис. 3, а) и реакционно-спеченным (рис. 3, б) способами, определяют размер зерна карбидной фазы и, следовательно, технологические свойства композиционного материала. Таким образом, пропускание тока для спекания композиционного материала ПС-МИ позволило получить материал с размером зерна с!^. = 2,2 мкм.

Композиционный материал о реакционно-спеченным карбидом титана обладает большей удельной теплоемкостью и большим коэффициентом теплопроводности по сравнению со сплавом ПС-М. При температуре 570 К удельная теплоемкость для композиционных материалов ТЮ-МИ и ТЮ-М соответственно составляет 0,65 и 0,63 кДж/кг-К, а коэффициент теплопроводности - 16,6 и 11,3 Вт/мК.

Выводы. Для получения мелкозернистой матричной структуры композиционного материала НС - N¡11 применен метод спекания прямым пропусканием тока. Установлена

При спекании пропусканием тока изменяется размер зерна карбидной фазы (рис. 3) и увеличивается твердость до 91 ШЗА. Металлографические исследования композиционных материалов, изготовленных из двух партий карбида титана, показали, что сплавам, полученным из карботермического карбида титана, характерна разнозер-нистость (рис. 3, а).

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

связь данного метода с получением мелкозернистой структуры. Способы подготовки порошка (карботермический и реакционно-спеченный) и его свойства определяют размер зерна карбидной фазы и технологические свойства композиционного материала. Использование реакционноспечен-ного порошка карбида титана при спекании прямым пропусканием тока композиционного материала TiC-NiTi обеспечивает повышение механических свойств композиционного материала, у которого твердость и прочность на изгиб соответственно составляют 91 HRA и 1100 МПа. Определен интервал режимов спекания прямым пропусканием тока, обеспечивающий оптимальные уровни прочности и твердости. Полученные результаты при спекании композиционного материала TiC-NiTi электрическим током показывают перспективность этого направления порошковой металлургии.

Литература

1. Манохин А.И., Митин Б.С., Васильев В.А. и др. Аморфные металлы. - М.: Металлургия, 1984. -160 с.

2. Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987. - 238 с.

3. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. -М.: Металлургия, 1975. - 200 с.

4. Бурков П.В. Рентгенографические исследования структурных изменений твердых сплавов TiC-NiTi на разных стадиях технологического процесса // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т.307. - №1. - С. 113-118.

5. Kwon V.S., Dudina D.V., Korchagin М.А., Lomovsky О J Solid-state synthesis of titanium diboride in copper matrix // J. Metastable and Nanocrystaline Materials. - 2003. - V. 16. -№ 5. - P. 253-260.

6. Lyakhov N.Z., Panin V.E., Dudina D.V., Korchagin M.A., Lomovsky O.J., Grinyaev Yu.V., Durakov V.G., Panin S.V., Pochivalov Yu.l. Design of structural materials based on powder nanocomposites. Part I // Phys. Mesomech. 2003. V.6. №2. P.56-63.

7. Мышкин H.K., Мешков В.В. Упругие и пластические деформации на межчастичных контактах // Инженеро-фи-зический журнал. - 1980. - Т. 39. - №2. - С. 353-355.

8. Хольм Р. Электрические контакты. -М.: Иностранная литература, 1961. - 464 с.

Опыт применения новых ленточных припоев и рюсовых паст при изготовлении твердосплавного режущего инструмента

А. Н. ТАРАСОВ, с.н.с., канд. техн. наук, член-корр. Российской Академии космических исследований, С. Л. ШАЛАГИНОВ, член-корр. Российской Академии экономики. П. Р. ШЕВЧЕНКО, инженер, ОКБ "Факел", г. Калининград

Наиболее рациональным способом изготовления резцов для токарной обработки сталей и сплавов в машиностроении и других отраслях производства является пайка ТВЧ твердосплавных пластин ВК, ТК, ТТК вольфрамоко-бальтовых и титанокобальтовых групп к корпусам - державкам из конструкционных малолегированных сталей [1-2]. Б единичных производствах применяется нагрев для пайки пламенем ацетиленовых горелок, при этом в качестве припоев используют стружку латуней Л-62, Л-68, ЛМНМц 68-4-2 и порошки флюсов, содержащие буру, борную кислоту и фтористый кальций. Более технологичными для пайки стандартизованных резцов - проходных, расточных, отрезных, строгальных считаются таблетизирован-ные составы, содержащие припои П-100, П-102 на основе меди с добавками цинка, марганца, железа, хрома, никеля, а также флюс Ф-100 на основе буры, фторбората калия с добавками окиси кобальта и окиси вольфрама [3]. При этом удается получить паяные соединения твердосплавных пластин с корпусами-державками из сталей 45, 40Х, ЗЭХГСА с высокой прочностью [3-8].

Производство паяного тонколезвийного инструмента -спецрезцов и резцовых вставок для обработки прецизионных деталей в приборостроении и электронике эффективно при применении вакуумного нагрева с дополнительной подготовкой поверхностей для пайки твердосплавных и

двухслойных пластин из сверхтвердых <ерамик [4-5].

Вместе с тем в последнее время появились новые ленточные припои и флюсовые пасты, сыпучие паечные смеси "Аларм", рекомендуемые для пайки режущих инструментов при нагреве ТВЧ или открытым пламенем газовой горелки [6].

В ОКБ "Факел" совместно с фирмой "Дизель" проведены опыты и производственные испытания паяного режущего тонколезвийного сложнопрофильного инструмента для обработки прецизионных деталей ЭРД МТ (электрических реактивных двигателей малой тяги), ТИП (технологических источников плазмы) из магнитомягких сталей, тугоплавких материалов, керамик и легированных сталей, а также при восстановлении деталей двигателей внутреннего сгорания.

Для изготовления корпусов-державок специальных резцов с удлиненным нестандартным вылетом и малой толщиной режущей части, а также образцов для прочностных испытаний и металлографического анализа паяных соединений использовали прутки стали 38 ХА, 40 X, 4ХЗВМФА и 4Х5МФС теплостойкие, с низкой критической скоростью закалки по ОСТ 92-1137-86 С-Петербургского завода "Большевик".

Использоваги прутки горячекатаные и кованые диаметром до 26 мм, а в качестве режущих пластин для пайки по