Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди новых технологических процессов порошковая металлургия (ПМ) занимает одно из ведущих мест, т.к. позволяет получить более чистые и точные по составу материалы, создать новые технологии и сплавы, значительно уменьшить или полностью исключить механическую обработку, снизить материальные и энергетические затраты, разработать экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии. Однако традиционные методы ее не обеспечивают потребности промышленности в материалах с высокими физическими, механическими, эксплуатационными и технологическими характеристиками вследствие наличия у них остаточной пористости. Для производства материалов и изделий из них с минимальной пористостью наиболее эффективны методы, основанные на горячей обработке давлеішем металлических порошков, композиций и пористых заготовок, из которых наиболее перспективно динамическое горячее прессование (ДГП).
Несмотря на интенсивное расширение в последние десятилетия областей применения порошковых магнитных материалов в машиностроении, электротехнической и электронной промышленности, бытовой технике и на увеличение количества публикаций в этом направлении существуют определенные трудности при освоении технологий производства магнитопроводов и магнитов с требуемым уровнем свойств. Это связано с тем, что большинство работ в основном посвящено оптимизации химического состава и изучению влияния технологических параметров на их свойства. Недостаточно исследовались закономерности формирования структуры материалов на разных стадиях технологического процесса, не изучено влияние деформированного состояния и структуры сплава на кинетику фазовых превращений, диффузионных и рекристаллизациошгых процессов в порошковых материалах. Отсутствуют аналитические выражения и практические рекомендации по их использованию для определения времени гомогенизирующего спекания пористых двух- и многокомпонентных прессовок из порошков различного химического и гранулометрического составов и диффузионного отжига деформированных материалов с гетерогенной структурой, и т.д.
Цель работы. Создать научные основы структурообразования горячеде-формированных порошковых магнитно-мягких и дисперсионно-твердеющих магнитотвердых материалов и разработать прігяципьі оптимизации технологии производства из них магнитов, магнитопроводов и целыюпрессованных магнит-пых систем с требуемым уровнем свойств.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-
Разработать методы расчета и анализа деформированного состояния металла при обработке давлением пористых тел и построить диаграммы рекристаллизации ішзкоуглеродистой электротехнической стали и железоникелевых сплавов.
-
Исследовать особенности протекания диффузионных процессов и разработать методы расчета эффективных коэффициентов взакмодиффузии и вре-
меїш гомогенизации при спекании пористых и отжиге горячедеформированных порошковых гетерогенных систем.
-
Установить закономерности структурообразования и изучить кинетику распада пересыщенных растворов при термомагнитной обработке дисперсионно-твердеющих сплавов и создать принципы оптимизации параметров технологии горячего прессования, ТО и ТМО магнитов из них.
-
Разработать технологию получения горячедеформированных магнито-проводов, магнитов, целънопрессовашшх магнитных систем и прішнштьі расчета инструмента и оснастки для их производства.
Автор защищает.
-
Совокупность аналитических и расчетных методов определения деформированного состояния металла при обработке давлением пористых заготовок и выявленные особенности протекания восстановительных процессов при ТО горячедеформированных порошковых сталей и сплавов.
-
Теорию взаимной диффузии в двухкомпопентных пористых системах, уравнения диффузии, методы определения эффективных коэффициентов взаимной диффузии и времени гомогенизирующего спекания.
-
Теорию распада пересыщенных твердых растворов при термомагнитной обработке дисперсионно-твердеющих порошковых сплавов и влияние режима ТО и ТМО на морфологию модулированных структур.
-
Технологию получения практически беспористых порошковых магни-топроводов, магнитов и цельнопрессованяых магнитных систем, конструкций специализированных пресс-блоков, штампов и установки.
Научная новизна.
-
В соответствии с основными положениями механики сплошных сред сформулированы принципы оценки деформированного состояния металла при обработке давлением пористых заготовок. Установлена аналитически связь между вектором перемещения характерных точек пористого тела с компонентами тензора деформации частиц порошка, определяемые через диады, как скалярные произведения векторов базиса сопутствующей системы координат. Экспериментально установлены границы использования различных теорий и формул для определения деформированного состояния металла при разных схемах прессования.
-
Исходя из того, что процесс взаимной диффузии в пористых гетерогенных системах определяется градиентами химических потенциалов компонентов составлены уравнения диффузии, позволившие разработать аналитические зависимости для определения эффективных коэффициентов взаимной диффузии с учетом известных непороговых механизмов массопереноса при спекании.
-
Впервые теоретически и экспериментально показано, что при оптимизации режимов гомогенизации гетерогенных систем гранулометрический состав порошков целесообразно выбрать в соответсвии с параметрами диффузии компонентов. Созданы способы определения времени гомогеїшзируїощего спекания пористых двухкомпопентных систем с учетом состава порошков, коїщентрации
и парциальных коэффициентов диффузии компонентов, степени пластической деформации частиц и пористости изделий.
-
Теоретически показано влияние размера и формы пор, а также инородных включений на кинетику спинодального распада пересыщенных растворов при термомапштной обработке и установлено, что предельное отношение Ш. сильномагнитной сц-фазы в железохромкобальтовых сплавах определяется маг-нитостатической и поверхностной градиентной энергией фаз.
-
Установлено, что наложение концентрационных и фазовых напряжений стимулирует образование кластеров ближнего порядка и зародышей у-фазы при горячей деформации пористых заготовок в дисперсионно-твердеющих сплавах; обосновано, что их наличие снижает магнитные свойства и обуславливает необходимость проведения диффузионного отжига железохромкобальтовых сплавов при закалке иа ct-твердый раствор перед ТМО.
-
Построены диаграммы рекристаллизации и установлена зависимость микроструктуры и свойств горячедеформированньгх мапшгно-мягких материалов от химического и гранулометрического состава порошков, объяснена природа их мелкозернистостей структуры.
Практическая ценность. Разработаны технология получения порошковых железохромкобальтовых магнитов, горячедеформированных магнитопроводов из низкоуглеродистой стали и пермаллоев и цельнопрессованных магнитных систем для внутрирамочных измерительных приборов, которые позволили получить изделия с высоким комплексом физико-механических свойств, удовлетворяющим современным требованиям и обеспечить экономический эффект от внедрения предложенных технологий более 1 млн руб в год (в ценах 1991 года).
Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в одной монографии и 64 статьях, оггубликованных в журналах "Порошковая металлургия", "Известия СКНЦ ВШ" и др., в сборниках научных трудов, и в 10 авторских свидетельствах и патентах.
Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих международных конференциях, симпозиумах и совещаїшях: Закопане - 1975 (ПНР), Тале - 1982 (ГДР), Шумперк - 1984 (ЧССР), София - 1987, Суздаль -1990,1994; на всесоюзных конференциях: "Горячее прессование" (1976, 1979, 1982, 1985); "Порошковая металлургия" (1979, 1985); "Постоянные магниты" (1982, 1985, 1991) и др., а также на региональных конференциях, семинарах и научно-технических конференциях вузов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений и содержит: 249 страниц текста, 19 таблиц, 129 рисунков, 302 названий литературных источников и 14 страниц приложений.
