CC BY
7ВПЛИВ В1БРОКОЛИВАНЬ НА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ЗРАЗК1В КОМПОЗИЦ1ЙНОГО МАТЕР1АЛУ (ПЕРШЕ ПОВ1ДОМЛЕННЯ)
асистент Христинець Н. А. д. т. н., проф. Рудь В. Д.
Укрална, м.Луцьк, Луцький нацюнальний техшчний ушверситет
Abstract. Among the methods offormation of the discussed method of vibration segregation, which allows to form products with different composition of powder mixture with the subsequent distribution of particles along the height of the sample. The successful combination of powder mixture with regard to its granulometric composition, the shape factor of particles and the study of the behavior of these particles under the action of vibration is an important task for obtaining a gradient of powder materials.
A unified theory describing the behavior of particles of granular media under vibration, not
today.
The aim of this work is to investigate regularities in the behavior poroshkovogo sludge stainless steel AISI430 and powder saponite Mg[Si4O10](OH) xnH2O vibration molding is subject to various vibration parameters, as well as to develop technology for the manufacture of the gradient materials based on these powders.
To obtain high-quality products, great importance is the choice of materials and powders.
In defined the main physicochemical properties of the powder of the natural material saponite Mg[Si4O10](OH) xnH2O and waste materials of stainless steel AISI430.
Keywords: vibration segregation, powder mixture, gradient, particles, saponite, stainless
steel.
Постановка проблеми. В технологи отримання B^o6iB з металевих порошюв важливим етапом е формоутворення заготовок. Найбшьш поширеними методами формування заготовок е однобiчне та двобiчне пресування, iзостатичне пресування, прокатка, шлшерне литво.
Особливе мюце серед великого розмаггтя методiв формування займае метод вiбрацiйного ущшьнення порошюв. Роль вiбрацiйного ущшьнення зростае при формуванш заготовок з багатокомпонентних сумшей рiзного гранулометричного складу. Слщ зазначити, що метод вiбрацiйного формування е одним iз перспективних методiв формування градiентних за структурою та фiзичними властивостями матерiалiв. Однак, цей процес недостатньо висвгглений у науковш лггератур^ тому дослщження впливу вiброколивань на процес формоутворення заготовок iз багатокомпонентними порошками е актуальною задачею.
В даному повщомленш нами розглянуто метод вiбрацшноl сегрегацп трикомпонентно! сум^ на основi металевих порошюв стат AISI430, сапонiту Mg[Si4O10](OH)*nH2O та пороутворювача CO(NH2)2.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. Сдино! теори, що дозволяе описати поведiнку часток сипких середовищ пiд впливом вiбрацil, на сьогоднi немае. Роботи [1 -4], якi присвяченi питанням вiбрацiйного формування виробiв з металевих порошюв та гранул, асфальтобетонних сумiшей, щебеню, грунту описують вплив рiзних параметрiв вiбрацil на процес формування сушшь Серед них - звуковi i ультразвуковi частоти, амплiтуди вiд декшькох десятих мiлiметра до кiлькох мiлiметрiв, роль iнерцiйних потокiв енерги. Кожен з цих параметрiв мае вплив на вузький спектр матерiалiв тд час вiброформування. Крiм того, вiбрацiйне обладнання, згадане у публiкацiях, не дозволяе проводити незалежне регулювання основних параметрiв вiбрацil - амплiтуди, частоти коливань i вiброприскорення.
Мета роботи - дослщити процес сегрегацп порошюв нержавдачо1 сталi AISI430 та порошку сапошту Mg[Si4O10](OH)*nH2O при вiбрацiйному формуванш виробiв, а також розробити рекомендацп по виготовленню градiентних матерiалiв на основi отриманих результатiв.
Основнi результати дослщження. Для одержання якiсних виробiв велике значення мае вибiр матерiалiв порошкiв. В роботi використано порошки природного матерiалу сапонiту
Mg[Si4O1ü](OH)xnH2O та вщходи нержавдачо1 сталi AISI430. ïx загальний вигляд представлено на рис.1.
а) б)
Рис. 1. Загальний вигляд порошюв: а) сапоштуMg[Si4O10](OH)^nH2O; б) нержав1ючог
стал1 АШ430
Порошок сапошту е природним сорбентом, що володie сорбцшними, юнообмшними, каталiтичними i фiльтрацiйними властивостями [5]. Його поклади у Ташювському родовищi Хмельницько! областi сягають десятюв млн. тон. Порошок нержавдачо! стат е вiдходами процесу шлiфування виробництва ТзОВ «Модерн-Експо» (м. Луцьк), володiе магнiтними властивостями, що дозволяе подальшу магнiтну сепарацiею для вiдокремлення залишюв абразиву.
В даному повiдомленi висвiтленi результати впливу коливань на формування первинно! структури композиту.
Гранулометричний склад експериментальних порошкiв наведено в таблиц 1.
Таблиця 1. Гранулометричний склад використаних порошюв сапошту Mg[Si4O10](OH)xnH2O та нержавiючоï сталi AISI430
Порошковий матер1ал Гранулометричний склад
Mg[Si4O10](OH)xnH2O 1-0,63 мм - 10%; 0,63-0,4 мм - 30%; 0,4-0,315 мм - 20%; 0,315-0,2 мм -20%;; 0,2-0,16 мм - 10%; 0,16-0,1 мм -10%;
AISI430 0,5-1,0 мм - 30%; 0,25-0,5 мм - 50%; 0,1-0,2 мм - 20%
Для отримання високопористого композицшного матерiалу в склад шихти вводили пороутворювач CO(NH2)2.
Форма часток порошкiв сапошту Mg[Si4O10](OH)*nH2O та нержавiючоï сталi AISI430 визначалась за допомогою електронного мшроскопу Cheap USB microscope та програмного забезпечення CoolingTech Microscope i представлена на рис.2. Як видно, порошок сапошту мае кутовато-округлу несиметричну та таршьчасту форму, фактор нерiвновiсностi його Фн~2,1мм, що визначаеться за методикою [6]. Порошок нержавiючоï стат мае неправильну(оскольчату) та голчасту форму часток з фактором нерiвновiсностi Фн~3,9мм. Ц показники зумовленi методами отримання порошюв.
Рис. 2. Мжрофотограф!я пороштв при 200-кратному збыьшенш: а) сапонту Mg[Sî4O1Q](OH)*nH2O; б) нержавтчог стал1 AISI430
Експерименти по вiбрацiйному формуванню проводились на дослщному вiбростендi експериментального цеху ПАТ «Електротермометрiя» м. Луцьк. Вiбростенд здiйснюe вертикальнi, горизонтальнi та комбшоваш коливання. Значення амплiтуди i частоти вiбрацiйних коливань мають незалежне регулювання i змiнюються в межах: амплггуда - 0 - 10 мм; частота - 0 - 80 Гц.
Аналiз результата дослщження [7], показуе, що вмiст пороутворювача в межах до 10% в порошкових металокерамiчних сумiшах значно шдвищуе формуeмiсть дослщжувано! шихти.
В експериментах використовували контейнери двох тишв:
№1 - прозор^ якi мали маркероваш дiлянки 1,2,3 на рiзнiй висот контейнера для можливостi подальшого анатзу первинно! структури;
№2 - металев^ по сво!х геометричних параметрах щентичш до прозорих контейнерiв. Металевi контейнери дозволяли реалiзовувати наступнi етапи виготовлення зразюв -пiдпресовку формовок та !х спiкання.
У сери попередшх дослiдiв було встановлено, що необхщну пористiсть проникливого порошкового матерiалу для дано! композицп досягаеться при наступному вщсотковому спiввiдношеннi компонентiв шихти - сапошт / металевий порошок / пороутворювач - 70/20/10. Висота попередньо! засипки у контейнери становила 30мм.
Параметри вiброколивань i час дослщження процесу вiбрацiйного формування представленi у таблиц 2. Вiдеозйомка процесу здшснювалась за допомогою Cheap USB microscope, структурш параметри у маркiрованих дшянках 1,2,3 дослiджувались за допомогою програмного забезпечення smart-eye.
Таблиця 2. Числовi значення napaMeTpiB для дослiдження процесу вiброформування порошкiв сапошту Mg[Si4O10](OH)*nH2O та нержавгючо! сталi AISI430
Склад шихти Тип контейнера Висота засипки шихти, hзacипки (мм) Параметри в1бростенду Час проведення дослщу, т(сек)
частота, ш (Гц) амплггуда, А (мм)
сапошт (70%) шлам AISI430 (20%) CH4N2O (10%) №1, №2 30 25 2-2,8 100
3-4,5 90
4,8 87
Для вказаного складу шихти вiзуально спостерiгалось роздшення порошково! сумiшi за гранулометричним складом при амплггущ 4,8 мм та частот коливань 25 Гц. Графши розподiлу часток рiзно! форми i гранулометричного складу зображено на рисунку 3. Результати експерименпв показали, що порошок сапошту за розмiром розподшився по висотi зразка наступним чином: фракщя 1..0,63мм у представницькому елемент №1 - 94,2%. Фракцп сапошту 0,315..0,2мм у представницькому елементi №1 займають 8,6%, у №2 - 77,4%, в №3 -5%. Найбшьший вщсотковий склад часток сапошту з розмiрами 0,16..0,1мм виявлено у представницькому елемент №3 (88,1%). Тобто, в результат експериментiв абсолютного розподшу часток не вiдбулося, проте спостерпаеться градieнтна структура сумiшi.
Висновки. Результати дослщжень поведiнки порошково! сумiшi сапонтггу та нержавдачо! сталi пiд впливом вертикальних коливань дае змогу прогнозувати процес перерозподшу часток. В результат експериментальних дослiджень визначено параметри вiбрацiйного формування заготовок з шламу сапошту та нержавдачо! сталi. Встановлено, що при значенш амплiтуди 4,8 мм та частоти коливань 25 Гц вщбуваеться градiентне роздiлення порошкiв. Така структура дозволяе, шсля наступного пресування та термiчно! обробки, отримати матерiал з неоднорiдними характеристиками по висот зразка.
Рис. 3. Результати експериментальних дослгджень: а) макроскотя сформованого зразка з видыеними представницькими елементами; б) розподы часток сапонту розм1ром 0,315-0,2 мм по висот1 зразка; в) розподы часток сапонту розм1ром 1-0,63 мм по висот1 зразка; г) розподы часток сапонту розм1ром 0,16-0,1 мм по висот1 зразка.
Л1ТЕРАТУРА
1. Сторожук Н. А. Новые закономерности при виброуплотнении бетонных смесей / Н. А. Сторожук, Т. Н. Дехта // Вюн. Придншр. держ. акад. буд-ва та архгг. - 2005. - № 9. - С. 34-40.
2. Герасименко В. В. Вiброплощадка з управляючим впливом на сумш, яка ущшьнюеться: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.05.02 / В. В. Герасименко; Харк. держ. техн. ун-т буд-ва та архгг. - Харюв, 2002. - 16 с.
3. Смельяненко М. Г. Створення обладнання з пневмопдроприводом для формування дрiбноштучних виробiв / М. Г. Смельяненко // Автоматизащя виробн. процешв у машинобуд. та приладобудуванш: Укр. мгжвщ. наук.-техн. зб. - 2011. - Вип. 45. - С. 198-204.
4. Тойберт Томас. Исследование уплотнения металлических порошков в процессе прокатки и формирование механических свойств неспеченных заготовок: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.16.06 / Т.Тойберт; С-Пб. гос. техн. ун-т. - С-Пб., 1996. - 12 с.
5. Рага8ка О. А. Уукогу81апша ргуго^укЬ 8огЬепйу Ш1а осЫ8ЬсЬепша о^ашсЬпукЬ ГОЕсЬппуЫу [Текст] / О. А. Рага8ка, 8. А. Кагуап, V. О. 81орсЬак // У18пук КЬшеШу^коЬо па18юпа1поЬо ишуегеуеи. - 2011. - Ко 5. - Р. 87 - 91.
6. Порошки металлические. Метод определения формы частиц. ГОСТ 25849-83 (СТ СЭВ 3623-82). - М., 1989.
7. Повстяной О.Ю. Технолопя отримання багатошарових порошкових фшьтруючих матерiалiв з вiдходiв промислового виробництва / О.Ю. Повстяной, В.Д. Рудь, О.В. Заболотний, В.А. Сичук // Технолопчш комплекси, № 2 (4), - 2011 - С. 385-392.
