CC BY
3
Key words: multi-saw machine, circular saw, injury, vibration, noise.
Sizo Alan Anzorovich, postgraduatem, [email protected], Russia, Krasnodar, Kuban State Technological University (KubSTU),
Litvinov Artyom Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Krasnodar, Kuban State Technological University (KubSTU),
Chukarin Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Engineering
УДК 621.762
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-171-172
ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИКАТОРА НА ПРОЦЕССЫ ПРЕССОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ СМЕСИ ВК10-ХОМ
В. И. Юршев, С. В. Бойко, А. С. Кириленко, И. В. Юршев
Рассмотрены пластификаторы - полиэтиленгликоль марки ПЭГ-1500, синтетический цис-бутадиеновый каучук СКДII и натрий-бутадиеновый каучук СКБ-50Р для изготовления твердого сплава по критериям коэффициентов упругого последействия, усадки, спекаемости и плотности. Результаты могут быть использованы для оптимизации режимов прессования и спекания при производстве твердых сплавов на основе порошковой смеси ВК10-ХОМ при внедрении в производство металлорежущих пластин и других изделий.
Ключевые слова: твердый сплав, пластификатор, прессование, спекание, плотность, упругое последействие, усадка, микроструктура.
В условиях интенсивного импортозамещения твердосплавного режущего инструмента необходимо обоснование параметров и режимов процесса его изготовления.
Изготовление высокопроизводительного инструмента с заданными служебными характеристиками включает в себя ряд операций, влияюшдх на его качество [1-3], главным критерием которого является стойкость инструмента с учетом обрабатываемого материала.
При оптимизации процессов прессования и спекания твердосплавных смесей одной из важных задач является выбор пластификатора. Данные, приведенные в литературных источниках [3-5], противоречивы, поэтому исследование по выбору пластификатора для конкретной смеси является актуальным.
Каждая операция технологического процесса влияет на конечный результат. Упругое последействие после прессования или точнее после распрессовки, величина усадки после спекания - это факторы, которые необходимо строго учитывать на этапе проектирования требуемых размеров пресс-формы.
Исследуемым материалом является твердый сплав ВК10-ХОМ, состоящий из ультратонких (0,2-0,5 мкм), субмикронных (0,5-0,9 мкм) и тонких (1,0-1,5 мкм) зерен карбида вольфрама. По мнению многих исследователей [1, 3], снижение размеров зерен карбида вольфрама приводит к улучшению физико-механических свойств твердых сплавов и достижению высокоэффективных режущих свойств инструмента за счет обеспечения радиуса режущей кромки до 1,0 мкм.
Основное преимущество порошка ВК10-Х0М - мелкодисперсность его компонентов (Co, WC, СГ3С2, C), обеспечивающая высокоэффективные режущие свойства, но имеющиеся технологические ограничения: сложность формования и смешивания до гомогенного состояния, поверхностная активность частиц к адсорбции паров воздуха и продуктов разложения пластификатора, повышенная агломерированность - недостаточно исследованы для получения качественного инструмента.
Мелкодисперсность порошка приводит к необходимости увеличения усилия прессования и коррекции температуры спекания.
Прессование образцов осуществлялось на прессах с нагрузкой до 1250 кН. Спекание проводилось в вакуумной печи при температуре 1380 °С. Гранулометрический состав исходного порошка контролировали анализатором размера и формы частиц Bettersizer S3 Plus и микроскопическими методами. Для сравнительного анализа применены три марки пластификатора и контролировались: упругое последействие, плотность образцов после прессования и спекания, коэффициент усадки после спекания, а также коэффициент спекаемости по плотности, как наиболее обобщенная характеристика (так как очевидна взаимосвязь плотности с пористостью, твердостью, прочностью). Измерения плотности образцов после прессования и спекания проводили согласно ИСО 3369-75. Коэффициент спе-каемости определяли, как отношение плотности спеченного образца к плотности прессовки до спекания. Коэффициент упругого последействия определялся как отношение разности диаметров прессовки в свободном состоянии (dx)
и отверстия пресс-формы (d0) к величине dx. Расчет коэффициента усадки при спекании производился по объему.
В качестве пластификаторов применяли: полиэтиленгликоль марки ПЭГ-1500, синтетический цис-бутадиеновый каучук СКД II и натрий-бутадиеновый каучук СКБ-50Р.
Полученные экспериментальные данные информативно представлены на рис. 1-4.
Из рис. 1 следует целесообразность применения пластификатора ПЭГ-1500, обеспечивающего хорошую прессуемость с учетом его меньшей склеивающей способности, и получение высоких значений усилия прессования, не приводящих к расслоению при выпрессовке.
Максимальная плотность спеченных образцов достигнута с пластификатором ПЭГ-1500. Плотность в диапазоне давления прессования от 250 до 850 МПа показывает стабильную прессуемость пластифицированного порошка (рис. 2).
1,6
г?
3 1.5
ю
>| 1,4 -
и
I 1,3
0
1 1,2
>ч
5, и
4
о § 1
0,9
0,8
' = 0,001 1 + 0,91; 9
яг = Х9988 у - 0,0 №х+ 1, 76
3 Кг - 0^772
1 \
' = 0,000 П2- 4л+ 0,81 0,8276 76
о__— о
100
200
800
900
300 400 500 600 700 Давление прессования, МПа
Рис. 1. Оценка упругих составляющих, характеризующих процесс прессования: 1 - ПЭГ-1500; 2 - СКД II;
3 - СКБ-50Р
14,8
14,6
"г 14,4 "й
Й ИД о
03 ё
13,8 13,6
/ -е--
г" -а--
2 /
/ Т ■
/
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Давление прессования, МПа
Рис. 2. Изменение плотности спеченных образцов в зависимости от удельного усилия прессования и применяемого пластификатора: 1 - ПЭГ-1500; 2 - СКД II; 3 - СКБ-50Р
Давление прессования, МПа
Рис. 3. Изменение коэффициента спекаемоспш в зависимости от удельного усилия прессования и применяемого
пластификатора: 1 - ПЭГ-1500; 2 - СКД II; 3 - СКБ-50Р
Из рис. 3 следует, что с увеличением давления прессования коэффициент спекаемости снижается за счет роста уплотняемости при прессовании. По коэффициенту спекаемости пластификатор ПЭГ-1500 показывает промежуточные результаты по сравнению с каучуком, однако, изучение микроструктуры образцов показало пористость с пластификатором СКД II, хуже результаты при применении пластификатора СКБ-50Р (рис. 3).
24
23
22
й- 21
я'
I 20
и
н 19
К
в
Ж 17
г-
1§ 16 15 14
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Давление прессования, МПа Рис. 4. Изменение коэффициента усадки в зависимости от удельного усилия прессования и применяемого пластификатора: 1 - ПЭГ-1500; 2 - СКД II; 3 - СКБ-50Р
При этом на микроструктуре в образцах с каучуком образуются сложные карбиды, которые приводят к повышенной хрупкости. Микроструктура образца с пластификатором ПЭГ-1500 лишена указанных недостатков, отчетливо различаются а-фаза ^С) карбид вольфрама и связующая Р-фаза (Со) (бета) при минимальной пористости (рис. 5).
Рис. 5. Микроструктура сплава ВКЮ-ХОМ с применением пластификатора ПЭГ-1500, хЮОО
Экспериментально установлено, что, оптимальный коэффициент спекаемости находится в пределах до 1,81,9. Если его значения более 2, то это свидетельствует о наличии крупных пор в микроструктуре.
Изменение коэффициента усадки с различными пластификаторами представлено на рис. 4. Полученные данные необходимы при проектировании и расчете пресс-форм изделия.
Таким образом, по результатам практических исследований проведен сравнительный анализ по выбору пластификатора по величине упругого последействия, уплотняемости (прессуемости), спекаемости, усадке. Результаты экспериментов могут быть использованы для дальнейшей оптимизации режимов прессования и спекания при производстве твердых сплавов на основе порошковой смеси ВКЮ-ХОМ.
Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет
2030».
Список литературы
1. Фальковский В.А., Клячко Л.И. Твердые сплавы. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2005. 418 с.
2. Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСИС, 2001. 428 с.
3 García J., Ciprés V. C., Blomqvist A., Kaplan, B. Cemented carbide microstructures: A review. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 80, 40-68 (2019). DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004.
173
4 Федоров Д.В. Влияние вида пластификатора на свойства пресс-порошков и качество прессовок из твердого сплава ВН8/ Д. В. Федоров, О. В. Семенов, В. И. Румянцев, С. С. Орданьян // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 4. С. 3-8.
5 Сердюченко К.Ю. Формирование свойств и структуры твердых сплавов с различными пластификаторами: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.16.06. М., 2006. 24 с.
Юршев Владимир Иванович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Бойко Сергей Валентинович, канд. техн. наук, доцент, директор инжинирингового центра, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Кириленко Александр Сергеевич, канд. техн. наук, старший преподаватель, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Юршев Илья Владимирович, заведующий лаборатории, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет
EFFECT OF PLASTICIZER ON PROCESSES OF PRESSING AND SINTERING OF VKIO-KHOM CEMENTED CARBIDE MIXTURE
V. I. Yurshev, S. V. Boyko, A. S. Kirilenko, I. V. Yurshev
Plasticizers are considered - polyethylene glycol of the PEG-1500 brand, synthetic cis-butadiene rubber SKD II and sodium-butadiene rubber SKB-50R for the manufacture of a hard alloy according to the criteria of elastic coefficients, shrinkage, sinterability and density. The results can be used to optimize pressing and sintering modes in the production of hard alloys based on the VK10-XOMpowder mixture when introducing metal-cutting plates and other products into production.
Key words: hard alloy, plasticizer, pressing, sintering, density, elastic aftereffect, shrinkage, microstructure.
Yurshev Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Boyko Sergey Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, director of the engineering center, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Kirilenko Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, senior lecturer, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Yurshev Ilya Vladimirovich, head of the laboratory, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University
УДК 621.91.408
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-174-175
ВЛИЯНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ
Ю.О. Стреляная, В.Б. Богуцкий
В статье отмечается, что при анализе влияния микрогеометрии поверхности на усталостную прочность деталей, как правило, не учитываются периодичность и характер расположения на поверхности микронеровностей их форма и другие характеристики. Предложено в качестве наиболее информативной характеристики обработанной поверхности использовать отношение фактической и номинальной площадей шероховатости поверхности, в значительной степени учитывающее структуру и развитость рельефа. Фактическая площадь шероховатой поверхности оценивается методом аппроксимации в двух взаимно перпендикулярных направлениях реального микропрофиля эквивалентным ему периодическим. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния шероховатости поверхности на сопротивление усталости и усталостную долговечность деталей, установлены корреляционные связи между эксплуатационными свойствами и фактической площадью шероховатости поверхности. Сделан вывод, что для шероховатых поверхностей отношение фактической площади к номинальной является показателем, более тесно связанным с усталостной прочностью, чем стандартные характеристики шероховатости Rz или Ra.
Ключевые слова: шероховатость поверхности, микрогеометрия, эквивалентный микропрофиль, фактическая площадь, усталостная прочность, усталостная долговечность.
При анализе влияния микрогеометрии обработанной поверхности образцов на их эксплуатационные свойства результаты усталостных испытаний обычно связывают со стандартными характеристиками шероховатости: высотой неровностей Rz или средним арифметическим отклонением профиля Ra [1-4 и др.]. При этом, как правило, не учитываются периодичность и характер расположения микронеровностей на поверхности, их форма, радиус
