CC BY
76
ном сечении образца. Распределение параметров напряженно-деформированного состояния, полученное средствами математического моделирования, качественно верно согласуется с принятым и допуще ниям и.
На рис. 5 показаны графики распределения вертикальных напряжений вдоль высоты в трех вертикальных сечениях, показанных на рис. 4 цифрами 1, 2 и 3. Эти графики демонстрируют закономерности распределения нормальных напряжений по объему заготовки и не являются прямыми линиями. Однако усредне-ние величин по высоте, проведенное при допущении об их линейном распределении, интегрально не вносит сколько-нибудь заметной ошибки График распределения касательных напряжений (рис. 6) вдоль радиуса по сечению А—А сввдетельствует о корректности описания зависимости в виде экспоненты.
Одним из результатов расчета является распределение напряжений на контактной поверхности; интеграл от этой функции = /(г)
дает величину усилия пресса. Расчетные значения величин усилия пресса в ходе процесса прессования образца диаметром 016,5 мм (рис. 7) сопоставлены с экспериментально наблюдаемыми значениями усилия пресса. Практически полное их совпадение в данном случае
р тс 7
6 5 4 3 2
1 О
0,4 045 0,5 0,55 0,6 0,65 Р
Рис. 7. Зависимость усилия пресса от средней по объемуобразца 016,5 мм относительной плотности
(расчетная кривая и экспериментальные точки)
подтверждает корректность методики обработ-ки экспериментальных данных, приемлемость допущений о линейном по высоте распределении напряжений и экспоненциальном рас -пределении по радиусу напряжений тГ2.
Таким образом, аппроксимация кривой текучести в виде параболы третьей степени не только качественно верно отражает закономерности уплотнения порошковых материалов, но и дает корректные численные значения параметров напряженно-деформированного состоя -ния на всех стадиях процесса.
Библиографический список
1. Колмогоров В.Л. Механикаобработкиметаллов давлением. М.: Металлургия, 1986. 688 с.
2. Друянов Б.А. Прикладная теория пластичности пористых тел. М.: Машиностроение, 1989. 165 с.
3. Рыбин Ю.И., Рудской А.И.. Золотов А.М. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработкиметаллов давлением. СПб.: Наука, 2004. 640 с.
4. ЦеменкоВ.Н. Деформирование порошковых сред. СПб.: Изд-воСПбГТУ, 2001, 104 с.
5. Рыбин Ю.И. Моделирование процессов обработки давлением порошковых металлических материалов // Труды 3-й Междунар. науч.-техн. конференции "Компьютерное моделирование 2002". СПб., 2002. С. 78-87.
6. Рудской А.И., Цеменко В.Н., Рыбин Ю.И. Математическая модель уплотнения Порошковых и пористых материалов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2005. С. 70-77.
УДК 621.762
И. В. Анциферова, О. Н. Глухарева
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОШКА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АК12, ПОЛУЧЕННОГО ЦЕНТРОБЕЖНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИМ РАСПЫЛЕНИЕМ МЕТАЛЛА В ИНЕРТНОЙ АТМОСФЕРЕ*
Потребность в сплавах алюминия с кремнием растет с каждым днем. Сдерживающим фактором их применения при производстве деталей на сегодняшний день являются ограниченные сырь-
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 06-08-00879-а.
евые ресурсы. При получении деталей методом литья значительное количество металла уходит в отходы. Применение методов порошковой ме-таллургии при изготовлении конструкционных деталей позволяет снизить материалоемкость за счет повышенного коэффициента использования металла и разработать материалы с высокими
Технологические характеристики порошка алюминиевого сплава АК12... Анциферова И. В, Гпухарев а О.Н.
эксплуатационными характеристиками и уникальным сочетанием свойств [1].
Современные методы позволяют получать порошки металлов и сплавов с заданными свойствами, варьируя состав исходного сырья [2].
Физико-механические свойства силуминов и функциональные характеристики изделий из них определяются главным образом величиной и равномерностью распределения кристаллов кремния в сплаве [3]. В связи с этим эвтектический сплав АК12 имеет определенные преимущества при производстве порошков многокомпонентных сплавов. Центробежно-пневматическим распылением расплава металла удается избежать образования оксидной пленки на поверхности частиц сплава.
Целью настоящей работы являлось исследование технологических характеристик порошка сплава АК12, полученного методом центробежно-пневматического распыления металла в потоке инертного газа, определение возможности получения компактного материала на его основе, изучение влияния механической активации на свойства порошка сплава АК12. Для сравнения характеристик был взят порошок алюминия A199, полученный в аналогичных условиях.
Насыпную плотность определяли по ГОСТ 19440-74, плотность утряски - по ГОСТ 2527982, гранулометрический состав порошков - по программе Video TestMaster и методике «Гранулометрия». Металлографические исследования проводили на световом микроскопе «Neophot». Прессовали образцы в форме брусочков с размерами 50*6*6 мм при давлениях 200-1000 МПа. Кажущуюся плотность заготовок определяли по ГОСТ 18898-89.
На рис. 1 приведена диаграмма распределения по размеру частиц порошка сплава АК12, полученного распылением расплава. Средний размер частиц составил 1,93 мкм.
Основные характеристики порошков алюми-
Рис. 1. Диаграммараспределения по размеручастиц порошка алюминиевого сплаваАК-12
Технологическиехарактеристики порошков алюминия AI99 и сплаваАК12
Маге риал Средний размер частиц, мкм Удельная поверхность, м2/г Насыпная плотность, г/см3 Плотность утряски, г/см3
АК12 1,93 1,46 0,94 ±0,02 1,33±0,06
Al99 4,74 0,22 1,45 ±0,02 1,52 ±0,02
ния А199 и сплава АК12 приведены в таблице.
Исследовали влияние механической активации на свойства порошков А199 и сплава АК12 [4, 5]. Механическую активацию осуществляли в планетарной мельнице «САНД» в алюминиевых контейнерах с алюминиевыми квазициливдриче-скими мелющими телами в воздушной среде в течение 1-4 ч при скорости 160 об/мин. Отноше-ние масс мелющих тел и смеси составляло 6:1. В качестве ПАВ использовали стеариновую кислоту Сі7Н35СООН в количестве 1% для предот-вращения возникновения эффекта «холодной сварки». В целях поддержания низкой температуры измельчение осуществлялось периодически, с 15-минутными интервалами. Влияние ме-хактивации на удельную поверхность и средний
Время механической активации, ч
Время механической активации, ч
Давление прессования, МПа
Рис.
2. Зависимости среднего размера (а) и удельной поверхности (б) Рис. 3. Зависимость кажущейся плотности частиц порошков А199 исплаваАК12 от продолжительности от давления прессования прессовок
механической активации из алюминиевых порошков А199 и АК-12
Рис. 4. Микроструктура образца из порошка сплава АК-12, х267 (а) и сплава АК12 (АЛ2), х200 (б)
размер частиц порошка показано на рис. 2.
Установлено, что с увеличением времени механической активации до 4 ч средний размер частиц порошка сплава АК12 уменьшается с 1,92 до
0,89 мкм, порошка А199 - с 4,74 до 2,28 мкм. Таким образом, активация порошков в указанных условиях в основном вызывает уменьшение раз -мера частиц и рост удельной поверхности порошков, т.е. диссипируемая на макроуровне энергия направлена на дробление частиц порошка.
Оптимизировали режим прессования образцов из порошков сплава АК12 и А199. Зависимость плотности прессовок из АК12 и А199 от давления прессования представлена на рис. 3.
С увеличением давления прессования плотность прессовок из порошка сплава АК-12 растет в интервале давлений 200-1000 МПа, плотность прессовок из порошка А199 практически не изменяется в интервале давлений 400-1000 МПа.
Определена возможность получения ком -пактного материала на основе порошка сплава АК12. Спекание в вакууме при Т=550-570°С в течение 1 часа привело к значительной деформации заготовок. При спекании образца в среде Аг при Т=660°С в течение 1 часа получили материал с истинной плотностью 2,63 г/см3 и пористостью 1,5% (плотность ставдартного спла-ва АК12 равна 2,67 г/см3).
Исследована микроструктура сплавов. Фотография микрошлифа образца из порошка сплава АК12, спеченного в среде аргона, пред-
ставлена на рис. 4.
Микроструктура спеченного образца из порошка сплава АК-12 близка структуре литого сплава силумина.
Таким образом, использование порошков алюминиевого сплава АК12, полученного методом центробежно-пневматического распыле -ния металла в инертной атмосфере, открывает новые перспективы в получении порошковых алюминиевых деталей на основе силуминов и дис перс но-упроч не иных с плавов.
Выводы
Исследованы технологические характеристики порошков А199 и сплава АК12 и оптимизирован режим прессования порошка сплава АК12. Изучено влияние механической активации на свойства порошков АК12 и А199. Показано, что при мехактивации порошков алюминия и его сплавов в основном происходит уменьшение раз -мера частиц и рост удельной поверхности порошка, что объясняется направленностью на дробление частиц порошка диссипируемой кинетиче-ской энергии процесса. При спекании в инертной атмосфере получены компактные образцы из порошка АК-12 с плотностью у=2,63 г/см3, близкой к плотности литого сплава уКОмп=2,67 г/см3. Микроструктура спеченного образца из порошка сплава АК-12 аналогична структуре ставдартного литого образца сплава АК 12.
Библиографический список
1. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / Под ред. М .Е. Смагоринского. М.: Металлургия. 1993. 320 с.
2. Порошки цветных металлов. Справ. изд. / Под ред. С.С. Набойченко. М.: Металлургия, 1997. 542 с.
3. Модифицирование силумина эвтектического состава лантанидами / Е.Г. Аубакиров, Т.А. Ходарева, Е.Ф. Хафизов и др. // Цветные металлы. 2006. № 2. С. 67-69.
4. Структура и свойства дисперсно-упрочненных механически легированных композиционных материалов из алюминиевого смешанного вторичного сырья / А.А. Аксёнов, В.В. Истомин-Кастровский, Ю.В. Гостев // Цветные металлы. 2006. № 1. С. 47-54.
5. Получение композиций на основе алюминия методом механического легирования / Б.М. Фрейдин, Ю.В. Кузьмич, И.Г. Колесникова и др. // Цветныеметаллы. 2000. № 10.
6. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов: Справ. изд. / Под ред. Ю.Н. Тарана, B.C. Золоторевского. М.: МИСИС, 1996. 175 с.
