CC BY
65
кого изделия из стали 12Х18Н10Т с созданием по поверхности ферромагнитных свойств / М.В. Краев, В.А. Гринкевич, В.Г. Рыжов, В.И. Тейковцев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. -№ 8-9. - С. 504-506.
4. Гринкевич В. А., Рыжов В.Г., Краев М.В. Прочностные и магнитные свойства холоднодеформированных тонкостенных цилиндрических деталей из стали
12Х18Н10Т // Металл и литье Украины. - 2003. - № 5. -С. 14-15.
5. Краев М.В., Гринкевич В.А., Тейковцев В.И., Краева В.С. Проектирование технологических процессов холодной листовой штамповки с учетом деформационного фазового превращения в стали // Металл и литье Украины. - 2006. - № 11-12. - С. 34-35.
Одержано 17.12.2007
Описано принцип розроблення режимгв аустеттног нержавтчог сталг, яка дозволяе пгдвищити деформ1вн1сть зарахунок використання внутргшнгхресурсгв пластичностг матергалу заготовок.
Principle of the stamping mode for austenite stainless steels elaboration, which allows to raise its deformability due to material plasticity application is shown.
УДК 621.762.4
П. А. Бурлей, д-р техн. наук А. Ф. Тарасов Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЧАСТИЦ ПОРОШКА БРОНЗЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕСПЕЧЕННЫХ ПРЕССОВОК, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И СТАТИКОДИНАМИЧЕСКОМ ПРЕССОВАНИИ
Выполнено экспериментальное исследование механических свойств неспеченных прессовок, полученных из бронзового порошка с дендритной формой частиц, полученных при статическом и статико-динамическом прессовании.
Для получения деталей конструкционного назначения методами порошковой металлурги необходимо обеспечить высокую плотность прессовок, так как такие детали работают при высоких нагрузках. При использовании статического прессования технология получения деталей включает несколько этапов: прессование, промежуточное спекание, допрессовка, окончательное спекание. Такая технология позволяет получать прессовки с высокой плотностью и точностью геометрических параметров, например зубчатые колеса [1]. Детали с высокой плотностью можно также получить, используя технологию, которая включает горячую штамповку предварительно подпрессованных образцов [2]. При динамическом воздействии на порошок плотность образцов выше, чем при статическом прессовании [2]. Однако динамическое воздействие обладает и рядом недостатков, таких как недостаточная геометрическая точность получаемых изделий, низкие значения КПД при ударе, вибрации фундамента. Эти недостатки приводят к тому, что динамическое воздействие при прессовании порошков применяется относительно редко, в основном при мелкосерийном и единичном производстве. В работах [34] исследован процесс статико-динамического (СТД)
прессования различных порошков. Исследовано влияние параметров СТД нагружения на плотность и прочность неспеченных прессовок из различных порошков. Однако влияние формы частиц на параметры прессовок не рассматривались.
Целью работы является изучение влияния формы частиц порошка на прочность неспеченных прессовок, полученных СТД прессованием.
Для изучения влияния формы частиц и параметров СТД прессования на прочность прессовок применяли бронзовый порошок сферической и дендритной формы (рис. 1).
Рис. 1. Вид частиц порошка, имеющих дендритную форму
© П. А. Бурлей, А. Ф. Тарасов, 2008
74
Состав основных легирующих компонентов порошка: олово - 7,5 %, фосфор - 0,65 %. Гранулометрический состав бронзового сферического порошка и порошка с дендритной формой частиц определяли путем просеивания через набор сит с различными диаметрами отверстий. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Гранулометрический состав бронзовых порошков
Диапазон разме- 500- 355- 250- 125-
ров частиц (мкм) 355 250 125 63
Порошок со сферической формой частиц
Вес фракции (г) 28,016 22,420 1,128 0,230
% 53,68 42,95 2,16 1,21
Порошок с дендритной формой частиц
Вес фракции (г) 0,329 0,841 13,587 4,976
% 1,67 4,26 68,85 25,22
Исследование гранулометрического состава показало, что основная масса частиц сферического порошка распределена между двумя фракциями: с размером частиц в интервале 500-355 мкм - 54 % и 355-250 мкм -
43 %. Для порошка с дендритной формой частиц основную массу порошка тоже составляют две фракции, но меньшего размера: 69 % частиц имеют размер 250125 мкм и 25 % - имеют размер частиц 125-63 мкм.
Для получения образцов в матрице с размерами полости 55x10 мм и испытания на трехточечный изгиб применялись методики, приведенные в работе [4]. Условия получения, средние значения параметров прессовок из порошка с дендритной формой частиц и результаты испытаний прессовок на трехточечный изгиб приведены в таблице 2.
Эксперименты по прессованию порошка с дендритной формой частиц показали, что прочность образцов повышается с увеличением плотности и для статического, и для СТД прессования (рис. 2). Максимальная плотность и прочность образцов достигается при наиболее интенсивном режиме СТД прессования: плотность образцов 8,73 г/см3 (99 %), прочность ст = 61,5 МПа. Явления перепрессовки, когда с увеличением параметров прессования прочность брикетов снижается, не наблюдалось. Для брикетов из сферического порошка увеличение параметров прессования свыше 1145 МПа и Е = 1,3 кДж приводило к перепрессовке.
Таблица 2 - Параметры и результаты испытаний прессовок на трехточечный изгиб
№ режима Р ст? Е, V, Р , Р разр ? ®изг,
прессования МПа кДж Дж/г м/с г/см3 % Н МПа
1 400 - - 0,005 6,79 77,0 282 8,9
2 782 - - 0,005 7,66 86,8 705 25,1
3 1145 - - 0,005 8,34 94,5 940 38,2
4 400 1,3 36,2 5,7 8,29 94,0 893 36,5
5 782 1,3 36,1 5,7 8,36 94,7 1008 45,0
6 1145 1,3 36,8 5,7 8,52 96,6 1135 50,2
7 782 2,9 83,8 8,5 8,70 98,6 1407 61,0
8 1145 2,9 81,8 8,5 8,73 99,0 1039 61,5
Рис. 2. Прочность прессовок из бронзы с дендритной формой частиц: а - в зависимости от плотности; б - в зависимости от энергии удара
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008
75
С увеличением энергии удара влияние удельного усилия подпрессовки на прочность снижается и при значении 2,9 кДж практически не приводит к изменению параметров прессовок (рис. 2). Прирост плотности и прочности, обусловленный динамической составляющей, относительно образцов, полученных статическим прессованием, приведен в табл. 3.
Таблица 3 - Плотность образцов, полученных статическим прессованием, и прирост плотности и прочности, обусловленный динамической составляющей нагрузки
Удельное усилие, Рст, МПа Статическое прессование СТД прессование, прирост показателей при:
Е = 1,3 кДж Е = 2,9 кДж
& г/см3 вuзг, МПа Ар, г/см3 Авизг, МПа Ар, г/см3 Авизг, МПа
400 6,79 8,9 1,5 27,6 - -
782 7,66 25,1 0,7 17,9 1,0 35,9
1145 8,34 38,2 0,2 12,0 0,4 23,3
С увеличением давления подпрессовки величина прироста плотности и прочности при одинаковой энергии удара снижается (табл. 3). Так, при получении образцов по режимам № 7 и № 8 при увеличении давления подпрессовки на 46 % прирост плотности умень -шился на 60 %, а прочности - на 35 %. Это обусловлено тем, что с увеличением давления подпрессовки жесткость образцов растет и увеличивается часть энергии удара, которая тратится на упругую деформацию системы в целом (оснастка, шток ударного гидроцилиндра и другие детали машины). Одновременное увеличение параметров ударной допрессовки в этом случае приводит к снижению стойкости оснастки и КПД удара, поэтому необходимо выбирать параметры процесса таким образом, чтобы при ударной доштамповке гарантировать определенную долю пластической деформации. Максимальный прирост параметров образцов обеспечивался при 400 МПа (табл. 3), однако в данном случае абсолютные значения плотности и прочности ниже, чем полученные при более высоких давлениях. Таким образом, рациональный диапазон подпрессовки для данного порошка лежит в интервале 780-1145 МПа.
В ходе эксперимента получены образцы из порошка с дендритной формой частиц с пористостью до 1 %, а из сферического - до 4,5 %, структура которых приведена на рис. 3. Границы между частицами на поверхности образца (рис. 3, б) просматриваются только при увеличении в 400 раз.
После разрушения образцов из порошка со сферической формой частиц наблюдалось отделение частиц порошка, так как механическое зацепление частиц незначительно и прочность внутренних слоев прессовок ниже, чем поверхностных, которые контактировали с инструментом. При испытаниях образцов из порошка с дендритной формой частиц такого разрушения не наблюдалось, а прочность образцов значительно выше прочности прессовок из сферического порошка при всех режимах нагружения.
В ходе экспериментов выявлено, что при одинаковой плотности прочность полученных и исследованных образцов из данного вида порошка при использовании СТД прессования выше, чем прочность образцов, полученных статическим прессованием. Величина прироста прочности образцов из порошка с дендритной формой частиц за счет изменения характера нагружения составляет 6,8 МПа (16,6 %) при плотности 8,36 г/см3 (образцы № 3 и № 5).
Повышение прочности прессовок, полученных СТД прессованием, по сравнению с прессовками, полученными статическим прессованием, при их равной плотности можно объяснить локализацией деформаций на контакте частиц [4]. Кроме того, дендритная форма частиц способствует образованию прочного механического зацепления между частицами независимо от метода прессования.
Прирост прочности неспеченных прессовок, полученный за счет ударной доштамповки (образцы № 3 и № 6), составил 31 %. Для сферического порошка бронзы максимальный прирост прочности образцов в аналогичных условиях составил 53 %. Таким образом, при прессовании порошка со сложной формой частиц увеличивается влияние механического зацепления частиц на прочность образцов, а степень влияния динамической доштамповки на прочность при СТД нагружении меньше, чем для сферического порошка.
а б в
Рис. 3. Структура образцов из порошка бронзы с дендритной формой частиц при различном увеличении (а, б) и сферического порошка (в), полученных СТД прессованием: а, б - р = 99 % (х 100) и (х 400); в - сферический порошок, р = 93,6 % (х 100)
Выводы
1. Применение СТД прессования позволило получить из порошка бронзы с дендритной формой частиц образцы с пористостью до 1 %, а из сферического -до 4,5 %.
2. Прирост прочности неспеченных прессовок, полученный за счет ударной доштамповки (образцы № 3 и № 6), составил 31 %. По сравнению с прессованием сферического порошка бронзы (53 % прироста прочности в аналогичных условиях), увеличение прочности за счет СТД прессования порошков со сложной формой частиц снижается, что обусловлено влиянием на прочность прессовок механического зацепления частиц.
3. По сравнению со статическим прессованием прирост прочности прессовок при СТД прессовании за счет изменения характера нагружения составил для порошка бронзы с дендритной формой частиц 16,6 % при одинаковой плотности образцов (образцы № 3 и № 5).
4. В качестве рационального режима получения прессовок из порошка бронзы с дендритной формой частиц, как и для сферического порошка, может быть рекомендовано СТД прессование с удельным усилием 1145 МПа и энергией удара Е = 1,3 кДж. Дальнейшее увеличение параметров прессования приводит к
снижению КПД ударной доштамповки и стойкости штамповой оснастки, а для сферического порошка увеличение параметров прессования свыше указанных значений приводит к снижению прочности брикетов.
Перечень ссылок
1. Шакиров А.М. Изготовление шестерен масляных насосов из низколегированных порошковых сталей // Порошковая металлургия, № 3. - 1989. - С. 92-95.
2. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Влияние высоких скоростей деформации на деформирование пористых заготовок при динамическом нагружении // Удосконален -ня процеав та обладнання обробки тиском в металургй та машинобудуванш: Темат. Зб. наук. пр. - Краматорськ-Слов'янськ, 2003. - С. 246-251.
3. Тарасов А.Ф., Роганов Л. Л., Соннов А.П. Исследование статикодинамического брикетирования порошковых материалов // Сб. науч. ст. /Крамат. индустр. ин-т. -Краматорск, 1993. - Вып. 1. - С.26-34.
4. Тарасов А.Ф., Бурлей П.А. Влияние параметров стати-кодинамического нагружения на изгибную прочность неспеченных прессовок // Вюник Схщноукрашського национального ушверситету iменi Володимира Даля. В 2-х ч. - Ч. 1. - Луганськ: вид-во СНУ iм. В. Даля, 2006. - № 6 (100). - С.61-67.
Одержано 10.12.2007
Виконано експериментальне до^дження MexaHi4Hux властивостей неспечених пресовок, як одержанi i3 бронзового порошку з дендритною формою частинок, як одержанi при статичному та статикодинамiчному пресуваннi.
The experimental research of mechanical properties of non-coagulated compact received from bronze powder with dendritic particle shape obtained by static and static-dynamic pressing was carried out.
УДК 621.983
Канд. техн. наук Е. Т. Белый Национальный технический университет, г. Запорожье
РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ - ФАКТОР СНИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ
Приведен анализ и исследования влияния нерегулярного и регулярного рельефа поверхности листа на металлоемкость штампованных деталей. Установлена зависимость регулярного макрорельефа листа и металлоемкости деталей. Определены режимы прокатки и параметры макрорельефа листа для уменьшения металлоемкости деталей.
Основные направления улучшения металлических материалов [1] для автомобилестроения на период 2006-2015 гг. - это:
- совершенствование топографии по параметрам шероховатости, волнистости, плотности пиков, лицевой поверхности и листа в целом;
- применение консервационно-технологических масел, микролегированных сталей повышенной прочности;
- повышение коэффициента использования материалов;
- совершенствование нормативной документации на металлопрокат, в т.ч. ГОСТ 9045-93 и ТУ.
Тенденции снижения расхода металла и массы изделий стимулируют применение тонколистовой холод-нокатанной стали повышенной прочности. С уменьшением толщины листов успешность их применения в значительной степени зависит от решения технологических вопросов контактного взаимодействия металла с инструментом при штамповке и специфики процессов формообразования деталей.
© Е. Т. Белый, 2008
ISSN 1607-6885 Нов1 матер1али i технологи в металургй та машинобудувант №1, 2008
77
