Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ работ в области исследований свойств и применения порошковых композиционных материалов на основе железа 9
1.1. Анализ методов получения псевдосплавов 10
1.2. Методы получения пористых каркасов для инфильтрации 14
1.3. Теоретические основы инфильтрации 24
1.3.1. Термодинамические основы инфильтрации 24
1.3.2. Кинетика инфильтрации 26
1.4. Псевдосплавы на основе железа 32
1.4.1. Псевдосплавы Fe-Cu 33
1.4.2. Псевдосплавы Fe-Pb 35
1.4.3. Псевдосплавы Fe-Mg 36
1.4.4. Другие материалы для инфильтрации 37
1.5. Постановка задачи 38
Глава 2. Исходные материалы и методики исследований 41
2.1. Состав и рецептура композиций 42
2.2. Определение размера частиц порошков оксида железа 45
2.3. Методика приготовления смеси 48
2.3.1. Смешивание 48
2.3.2. Сушка смеси 49
2.3.3. Гранулирование смеси 49
2.4. Методика получения заготовок и образцов 50
2.4.1. Пресс-литье 50
2.4.2. Термодеструкция смолы 51
2.4.3. Нагрев в вакууме для восстановления оксидов железа 53
2.4.4. Спекание 54
2.4.5. Инфильтрация 54
2.4.5.1. Определение усадки 57
2.4.5.2. Методика определения пористости 58
2.5. Исследование структуры материала после инфильтрации 58
2.5.1. Исследования микроструктуры образцов 58
2.5.2. Методика проведения рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов 59
2.5.3. Методика определения химического состава образцов 59
2.6. Триботехнические и механические испытания 60
2.6.1. Определение твердости образцов по Бринеллю 60
2.6.2. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников 60
2.6.3. Испытание образцов на разрыв 61
2.6.4. Определение износостойкости образцов 61
Выводы по главе 2 62
Глава 3. Исследования процессов инфильтрации и свойств получаемых материалов 64
3.1. Структура и свойства заготовок до инфильтрации 64
3.2. Определение основных параметров инфильтрации 70
3.2.1. Определение температурно-временных параметров инфильтрации 71
3.2.2. Исследование кинетики инфильтрации 82
3.3. Изменение структуры и свойств образцов при изменении степени заполнения пор 85
3.4. Исследование влияния дополнительной термической обработки на свойства композиционного материала 90
3.5. Упрочнение материалов с применением дополнительного легирования 92
3.6. Определение значений износостойкости композиционного материала 99
3.7. Определение значений коррозионной стойкости композиционного материала 100
Выводы по главе 3 101
Глава 4 Технические и экономические аспекты практической реализации разрабатываемой технологии 105
4.1. Сравнительный анализ вариантов технологии инфильтрации 106
4.1.1. Инфильтрация в герметичном контейнере 107
4.1.2. Инфильтрация в проходной печи 108
4.1.3. Инфильтрация в индукторе 109
4.2. Анализ размерной точности деталей 111
4.3. Влияние высокотемпературного спекания заготовок на процесс инфильтрации 115
4.4. Расчет затрат на изготовление типовых изделий с применением инфильтрации 118
4.5. Пути повышения размерной точности 122
Выводы по главе 4 125
- Методы получения пористых каркасов для инфильтрации
- Инфильтрация
- Упрочнение материалов с применением дополнительного легирования
- Анализ размерной точности деталей
Введение к работе
Актуальность работы. Инфильтрация пористых заготовок металлами является эффективным способом получения композиционных материалов с заданными свойствами. До сих пор исследования процессов инфильтрации таких материалов проводились на заготовках, полученных методом прессования и спекания порошков средней дисперсности (30-150 мкм). Такие материалы достаточно полно изучены, теоретически и экспериментально определены параметры технологии и составы для производства изделий широкой номенклатуры. Вместе с тем традиционные технологии имеют существенные ограничения по конфигурации изделий, такие как толщина стенок, форма отверстий, высота изделий и т.п., что снижает объем их производства. Данных ограничений можно избежать, если при изготовлении заготовок сложной формы использовать новые технологии порошковой металлургии, основанные на процессах литьевого формования смесей из тонких порошков (менее 30 мкм) и связующего. Однако, высокодисперсные порошки железа, получаемые, как правило, карбонильным методом, значительно дороже порошков средней дисперсности. Согласно проведенным исследованиям, применение порошков металлов в комплексе с их оксидами позволяет получать детали сложной формы литьевыми технологиями и значительно уменьшить стоимость сырья (патент РФ №2310542). Например, добавление оксида железа в состав смеси для литьевого формования позволяет получать высокодисперсную структуру заготовок с размерами пор в 10 и более раз меньше размеров пор материалов, полученных по традиционной технологии. Однако процессы инфильтрации заготовок сложной формы, полученных пресс-литьевым способом, изучены недостаточно. Особый интерес представляет инфильтрация заготовок с гетерогенной структурой, состоящей из частиц железа средней дисперсности и высокодисперсного железа с размерами пор менее 1 мкм.
Цель и задачи исследования. Научное обоснование и разработка технологии инфильтрации заготовок сложной формы, полученных литьевым формованием и спеканием композиций, состоящих из частиц железа средней дисперсности (30-150 мкм) и высокодисперсного железа (1-8 мкм) – продукта восстановления оксида, с размерами пор менее 1 мкм.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить особенности протекания процесса инфильтрации латунью заготовок, структура
которых состоит из частиц железа средней дисперсности и высокодисперсного железа с
размерами пор менее 1 мкм;
- исследовать влияние степени заполнения общего объема пор на процессы
формирования структуры и свойства композиционных материалов;
изучить влияние термической обработки материала после инфильтрации на структуру и механические свойства получаемого материала;
установить влияние дополнительного легирования материала никелем и молибденом на структуру и механические свойства получаемого материала;
- исследовать закономерности изменения размеров, плотности и структуры
композиционного материала на всех стадиях технологического передела.
Научная новизна:
-
Установлен механизм процесса инфильтрации высокопористых заготовок, полученных литьевыми методами из композиций железо - оксид железа – фенолформальдегидная смола, включающий три стадии. На первой стадии идет процесс заполнения высокодисперсных пор и растворение высокодисперсного железа. На второй стадии происходит заполнение оставшихся крупных пор и взаимного растворения фаз на основе железа и меди. На третьей стадии при охлаждении системы происходит выделение железа из пересыщенного твердого раствора и формирование структуры псевдосплава.
-
Выявлен и количественно определён дополнительный тепловой эффект, возникающий за счет выделения поверхностной энергии при растворении высокодисперсного железа в инфильтрате, способствующий повышению скорости процесса в 2-2,5 раза по сравнению с инфильтрацией традиционных материалов из порошков железа средней дисперсности.
3. Разработан состав композиции, содержащий порошки железа (30150 мкм), оксид железа Fe3O4, порошки Ni и Mo и фенолформальдегидную смолу (ФФС), для получения заготовок сложной формы литьевыми методами с высокими физико-механическими свойствами: твердость НВ = 290310, предел прочности на разрыв в = 710720 МПа и относительное удлинение > 10,0 %.
Практическая ценность.
-
Определен состав, режимы спекания, инфильтрации и термической обработки композиционного материала и изделий сложной формы из него, позволяющие снизить максимальное отклонение размеров от номинального не более 1% и обеспечить поля допусков находятся в пределах 6-7 квалитетов.
-
Разработан технологический регламент для опытного производства изделий сложной формы из металлических порошков на основе железа, включающий операции литьевого формования, операции восстановления оксидов и спекания с последующей инфильтрацией латунью и термической обработкой изделий. Внедрение новой технологии позволяет изготавливать изделия сложной формы с высоким уровнем механических свойств, размерной точности и меньшей стоимостью. Снижение стоимости достигается за счет уменьшения стоимости исходных материалов, по сравнению с современными методами литьевого формования, а прилагаемое давление прессования (60100 МПа) позволяет на оборудовании одинаковой мощности производить детали площадью в 10 раз больше, чем традиционными прессованием и спеканием.
-
Создан опытно-промышленный участок производства деталей по разработанной технологии мощностью до 3 тонн в месяц. Разработанный материал и технология его получения апробированы в производственных условиях для изготовления изделий «Засов» в ООО «Наномет» (г. Йошкар-Ола).
Методология и методы исследования. Методы порошковой металлургии, инфильтрационно-диффузионные методы, методы планирования эксперимента, статистические методы обработки экспериментальных данных, математические методы определения размерной точности деталей, методы исследования физико-механических свойств, металлографические методы исследования структуры, рентгенно-флюриесцентные методы для определения химического состава и метод зондовой микроскопии.
На защиту выносятся:
-
Закономерности инфильтрации латунью заготовок, полученных литьевым формованием, состоящих из частиц железа средней дисперсности (30150 мкм) и высокодисперсного (18 мкм) железа с размерами пор менее 1 мкм.
-
Влияние дополнительного теплового эффекта, возникающего за счет выделения поверхностной энергии при растворении высокодисперсного железа в инфильтрате, на скорость процесса инфильтрации.
-
Составы и режимы термической обработки композиционного материала и изделий сложной формы из него, получаемых путем инфильтрации латунью пористых заготовок изготовленных прессованием и спеканием композиций состоящих из порошка железа средней дисперсности, порошков никеля и молибдена, порошка оксида железа и ФФС.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации научные и практические результаты разработаны с участием автора. Работы по выполнению экспериментальных и теоретических исследований, обработке данных, анализу и обобщению результатов исследований проведены автором. Доля участия автора 85 %.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы п. 6 «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов производства, контроля и сертификации полуфабрикатов и изделий различного назначения из порошковых и композиционных материалов, а также материалов и изделий с покрытиями и модифицированными слоями».
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались на международных конференциях, симпозиумах и семинарах по техническим наукам
прошедших в России: Международная молодежная научная конференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017); Международная научно-практическая конференция «Наука и образование: инновации, интеграция и развитие» (г. Уфа, 2014); 11 международная научно-технической конференция «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия и сварка» (г. Минск, 2014); Международная научно-практическая конференция «Наука и общество в современных условиях» (г. Уфа, 2014); Международная научно-практическая конференция «Наука и образование: проблемы и тенденции развития» (г. Уфа, 2014); I-я международно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве» (г. Чебоксары, 2015); Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2015» (г. Казань, 2015); Международная научно-практическая конференция «Новая наука: Современное состояние и пути развития» (г. Стерлитамак, 2015); Международная научно-практическая конференция «Новая наука: теоретический и практический взгляд» (г. Стерлитамак, 2016); III-я Всероссийская научно-практическая конференция «Проектирование и перспективные технологии в машиностроении, металлургия и их кадровое обеспечение» (г. Чебоксары, 2017).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 20 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Основная часть содержит 154 страницы машинописного текста, 32 таблицы, 50 рисунков. Библиографический список содержит 92 источника.
Методы получения пористых каркасов для инфильтрации
Структура пористых каркасов оказывает существенное влияние на технологические режимы и методы инфильтрации [16-18]. Важными характеристиками пористого каркаса являются размеры и вид пористости (открытая, закрытая, тупиковая), форма и коэффициент извилистости пор, удельная поверхность пор [19-21]. От этих показателей зависит наиболее значимый для прохождения процесса инфильтрации показатель пористого материала - его проницаемость, т.е. способность пропускать через себя жидкость под действием приложенного давления.
Пористые каркасы получают из порошков или волокон после их формования и спекания. Эти операции могут проводиться одновременно, как при горячем прессовании. Формование производят в специально изготовленных пресс-формах, гидростатическим или изостатическим прессованием, прокаткой, мундштучным прессованием, шликерным литьем, вибрацией.
Прессование в пресс-формах осуществляется за счет сжимающих напряжений, действующих на уплотняемый порошок со стороны пуансонов и стенок матрицы. После снятия давления изделие выпрессовывается из прессформы. В процессе прессования между порошком и стенками пресс-формы возникают силы трения, которые возрастают с увеличением давления прессования. На рисунке 1.2 приведена схема прессования в пресс-форме с перемещением матрицы относительно стержня [22].
При гидростатическом прессовании порошок или волокна засыпаются в эластичную оболочку (резина, свинец и др.) и подвергаются всестороннему гидростатическому давлению. Процесс осуществляется в герметичных камерах с использованием в качестве рабочей жидкости масла, воды, глицерина и др. Этот вид прессования характеризуется отсутствием внешнего трения, прессуемые частицы при этом перемещаются к центру заготовки. При данном виде прессования плотность и физико-механические свойства изделий по высоте равномерны. Метод позволяет получать длинные тонкостенные трубы, изделия сложной формы и больших размеров.
Разновидностью гидростатического прессования является способ, при котором эластичная оболочка с порошком помещается в жесткую пресс-форму и выполняет роль оболочки и среды одновременно для изостатической передачи давления. Оболочки изготавливают из каучука, парафина, воска, эпоксидных смол, резиновой массы и т.п.
Прокатка порошков и волокон по сравнению с прямым прессованием содержит ряд преимуществ. Можно получать изделия большой длины различного профиля. Мощность станков меньше мощности прессов, а производительность выше. Прокатка порошков осуществляется в основном при горизонтальном расположении валков и поступлением порошка в зазор между валками сверху.
При прохождении через зазор между гладкими валками получается лента, пористость которой определяется характеристикой и количеством порошка, поступающего из бункера, размером зазора, скоростью прокатки и т.д. Порошок поступает в область деформации под действием собственного веса или пропускается принудительно. Минус прокатки в ограничении толщины ленты и невозможность изготовления изделий сложной конфигурации. Схема циклического прессования показана на рисунке 1.3. В зависимости от профиля рабочей поверхности пуансона и давления можно получать различную степень обжатия. Метод позволяет получать изделия с толщиной, равной ширине.
Еще одним способом получения пористых изделий является шликерное литье – это формование заготовок без приложения давления, то есть заливкой шликера, шликер - это однородная концентрированная взвесь порошка в жидкости (вода с добавками хлорного железа, соляная кислота, алгинат аммония и т.п.). Ее заливают в пористую форму (гипсовую), которая впитывает в себя жидкость и испаряет ее через свою поверхность. Далее следует сушка и спекание [23-24]. Добавки препятствуют образованию конгломератов частиц, способствуют образованию устойчивых коллоидных суспензий и улучшают условия смачивания. Для шликерного литья тяжелых порошков в качестве жидкости используют глицерин, расплав парафина и др. Шликерное литье можно осуществляют под давлением, в вакууме и центробежным способом.
Одним из вариантов является шликерное литье в неадсорбирующих формах с вымораживанием жидкости [25]. Заполненную шликером металлическую форму помещают в ванну из смеси бензина и "сухого" льда (твердой углекислоты) и вымораживают при – 40 С некоторое время. Полученные отливки извлекают из формы и помещают в вакуумную камеру для просушки.
При этом для шликерного литья применяют частицы порошка, размер которых не превышает 5-10 мкм, так как частицы большего размера не дают хорошей суспензии. Метод применяется при изготовлении пористых труб, сосудов и изделий сферической и других сложных форм, которые трудно получить обычными методами порошковой металлургии.
Спекание проводят при температуре Т 0,70,9Тпл и проводят выдержку при данной температуре [26-27]. Металлические порошки обычно спекают в атмосфере водорода, инертных газов, диссоциированного аммиака, газообразных углеводородов либо в вакууме. Основным признаком спекания является увеличение прочности межчастичных контактов. Спекание сопровождается изменением размеров пористого тела, уменьшение (усадка) и связанное с этим снижение пористости. Основная движущая сила спекания - стремление пористой системы к минимуму поверхностной энергии. Под действием сил поверхностного натяжения происходит объемная деформация прессовки, приводящая к снижению пористости и уменьшению связанной с ней поверхностной энергии. Порошки с сильно развитой извилистой поверхностью уплотняются при спекании более интенсивно, поскольку запас их энергии больше. Со временем скорость усадки уменьшается, что вызвано уменьшением свободной поверхностной энергии порошкового материала в процессе изотермической выдержки.
Для снижения температуры и времени спекания вводят присадки, активирующие спекание. Например, добавки металлов группы железа резко понижают температуру спекания вольфрама и молибдена [5]. Активирующее влияние никеля сказывается уже при его концентрации 0,01 %. Введение никеля позволяет снизить температуру вольфрамового порошка до 1473-1573 К. Добавки меди (5-10 %) или бронзы к вольфрамовым, железным или стальным волокнам, а также олова или цинка к медным позволяют осуществлять спекание каркасов в присутствии жидкой фазы и обеспечивают получение высокопористых изделий повышенной прочности [28].
Для получения металлозаготовок сложной формы и низкой себестоимости была применена технология получения спеченного железа непосредственно из оксидов железа путем измельчения и прессования исходных оксидных материалов и последующего одновременно проводимого восстановления и спекания. Такое решение позволяет сократить технологическую цепочку за счет исключения операций получения металлического порошка железа: подготовки оксидного сырья, его восстановления, дробления и размола железной губки, классификации порошка. Сведения о данной технологии изложено в патенте Франции №2405995 [29], восстановление и спекание оксидных материалов проводилось при температуре 850 С в среде водорода в течение 5 часов при скорости подъема температуры 50-100 С/час и скорости охлаждения 150-300 С/час. Для дополнительного повышения плотности и придания изделиям заданной формы проводят штамповку. К недостаткам этого метода можно отнести большую длительность процесса (16-27 часов), обусловленную необходимостью предотвращения растрескивания получаемых изделий, а также применение специального оборудования для проведения процесса в контролируемой восстановительной атмосфере и необходимостью дополнительной обработки после спекания.
Одна из основных трудностей при изготовлении деталей методами порошковой металлургии растрескивание заготовок в процессе спекания – восстановления. При спекании композиций из оксидов в печах с восстановительной средой, наружные поверхности образцов восстанавливаются быстрее внутренних и в результате объемных изменений приводят к разрушению или растрескиванию деталей или ее частей. Основным способом решения данной проблемы является уменьшение скорости восстановления при использовании материалов, имеющих низкую активность, снижение температуры спекания и применение малоактивных восстановительных сред.
Инфильтрация
Инфильтрацию осуществляли путем нагрева инфильтрационного материала, расположенного на поверхности пористого каркаса. В качестве материала для инфильтрации использована латунь Л63. Она представляют собой твердый раствор цинка в меди ( -фаза), количество -фазы незначительно, в результате отличается высокой пластичностью, достаточной прочностью и коррозионной стойкостью. Включение цинка в состав сплава позволяет снизить температуру процесса инфильтрации и повысить коррозионную стойкость композиционного материала.
Температура плавления Л63: 906 C Твердость материала по HB = 70
Исследование кинетики процесса инфильтрации проводили на специально созданной установке (рисунок 2.7).
Экспериментальная установка состоит из 6 основных частей (рисунок 2.7): преобразователь напряжения ЛАТР – 1, нагревательная шахтная печь – 6, термостойкий герметичный контейнер – 7, охладительная спираль – 8, индикатор температуры – 16, сигнализатор – 17.
В термостойкий герметичный контейнер 7, изготовленный из нержавеющей стали, устанавливали образец прямоугольной формы 11 с материалом инфильтрата 12, также внутрь помещается щуп 10 с расположенной внутри термопарой 9, дающей возможность измерения температуры в зоне нагрева на протяжении всего технологического процесса. Из-за опасности окисления образца на воздухе, в контейнере постоянно поддерживается вакуум. К крышке 14 контейнера прикреплена кнопка 13, которая работает на размыкание и соединяется клеммами с сигнализатором звукового сигнала 17. Сигнализатор включают в положение «звук». Крышку к контейнеру притягивали винтами до срабатывания кнопки (прекращения звукового сигнала). Регулировка момента срабатывания кнопки обеспечивается изменением толщины прокладочной шайбы 15.
Нагревательный элемент 6, выполнен в виде нихромовой проволоки, намотанной на керамическую трубку, установлен в металлический кожух с футеровкой из шамотного кирпича. Клеммы нагревательной установки подключаются к клеммам 5 ЛАТРа 1. Клеммы 3 ЛАТРа подключаются к источнику переменного тока на 220В. На собранный термостойкий контейнер надевается охладитель 8, выполненный в виде спирали, по которой пропускается охлаждающая жидкость (вода). Устанавливается полученная сборка в нагреватель, включается индикатор температуры 16, рукоять 2 ЛАТРа переводят в положение «нагрев», выставив значение 12 В на дисплее 4, повернув рукоять 2 по часовой стрелке. После продолжительного нагрева датчик (сигнализатор) должен сработать при температуре 830±10 С. Размыкание кнопки (появление звукового сигнала) свидетельствует о начале процесса инфильтрации образца. Это время перехода материала инфильтрата в вязко текучее состояние.
После срабатывания сигнализатора, при достижении требуемой температуры, нагрев отключали, посредством выставления рукояти 2 на 0 В.
Контейнер 7 вынимали и охлаждали до комнатной температуры, после чего вынимали охлажденную инфильтрованную деталь.
Образцы, изготовленные по выше приведенной технологии, обрабатывались на токарном станке под размер 10х10х15 мм.
Была установлена температура начала инфильтрации, то есть начало перехода латуни в вязкотекучее состояние и дальнейшее исследование кинетики процесса, температура при которой образец пропитывался полностью и влияние времени выдержки на физико-механические свойства испытуемых образцов.
Инфильтрацию проводили при температуре 950-1000 С , что на 50-100 С выше, чем температура плавления материала инфильтрата латуни Л63.
После каждого этапа технологического процесса детали взвешивали, измеряли их габаритные размеры, производили расчеты их объема и плотности. Линейные размеры измеряли мерительным инструментом (гладкими микрометрами МК-25, МК-50, МК-75) с точностью до ± 0,01 мм. Массу определяли взвешиванием на воздухе (весы ВК-300.1) с погрешностью не более 0,01 г.
Упрочнение материалов с применением дополнительного легирования
Далее исследовалось влияние дополнительного легирования Ni, Mo на механические свойства и структуру материала. Легирование осуществляли путем введения в композицию легирующих элементов на стадии смешивания. Полученную смесь формовали литьевым методом и подвергали термической обработке в три стадии в соответствии с технологической схемой, представленной на рисунке 2.1. Микроструктура заготовки перед инфильтрацией представлена на рисунке 3.25. Согласно исследованиям микроструктура легированного железного каркаса представляет собой легированный интерметалидами Fe3Ni и молибденом феррит с редкими дисперсными включениями нерастворенного молибдена.
Ренгеноструктурный анализ показал, что материал после дополнительного легирования состоит из двух фаз: первая с объемноцентрированной кубической решеткой на основе железа (ОЦК фазой), вторая с гранецентрированной кубической решеткой на основе железа (ГЦК фазой).
Дифрактограмма материала представлена на рисунке 3.26, расшифровка (качественный фазовый анализ) в таблице 3.13.
Инфильтрация заготовок проводилась при температуре 950 С с временем выдержки 60 минут. Структура композиционного материала (рисунок 3.27) после инфильтрации сохраняет ранее выявленные тенденции и состоит из относительно крупных участков феррита (30150 мкм), окруженных фазой на основе меди и небольшими участками феррита размером 1-8 мкм.
Данные электронной микроскопии подтверждают характер структуры и показывают наличие дисперсных включений нерастворенного молибдена, что объясняется инертностью молибдена к медной фазе. В отличие от молибдена, никель имеет неограниченную растворимость в меди, поэтому на участках, обогащенных ранее никелем (рисунок 3.28), концентрация никеля, заметно снижается, и он переходит в медный раствор, т.е. происходит насыщение никелем медной фазы, что также способствует упрочнению материала.
Ренгеноструктурный анализ показал, что материал после дополнительного легирования и инфильтрации состоит из трех фаз: А - с объемноцентрированной кубической решеткой на основе железа (ОЦК - Fe), В - с гранецентрированной кубической решеткой на основе железа (ГЦК- Fe), С - с гранецентрированной кубической решеткой на основе меди (ГЦК - Cu).
Дифрактограмма материала представлена на рисунке 3.29, расшифровка (качественный фазовый анализ) в таблице 3-15.
Таким образом, легирование заготовки молибденом и никелем приводит к упрочнению как каркасной, так и матричной составляющей композиционного материала. Особенно это проявляется после термической обработки (ТО): закалка в воду образцов нагреваемых до 800- 850 С и старение при 400-450 С в течение 4 ч (таблица 3.16).
Данные таблицы подтверждают, что разработанные материалы не уступают по механическим свойствам материалам, изготовленным по МИМ-технологии.
Таким образом, регулируя состав каркасной и матричной составляющей, можно задавать необходимый уровень свойства разработанных псевдосплавов и получать детали сложной формы в широком интервале заданных свойств.
Анализ размерной точности деталей
При изучении особенностей процесса инфильтрации железных заготовок важными являются вопросы размерной точности деталей. Особенно важным это становится при выборе технологии изготовления деталей сложной формы. С точки зрения размерной точности, рассматриваемая технология имеет принципиальное отличие относительно твердофазного спекания, поскольку, в результате инфильтрации плотность детали может увеличиваться в 1,5-2 раза в зависимости от материала инфильтрата и выбранного технологического режима.
Вместе с тем, используя исходные материалы со стабильными физическими и технологическими свойствами, однородной мелкодисперсной структурой пористого каркаса, а также применяя высокоточные режимы, возможно достижение размерной точности, не уступающей, но и значительно превышающей этот показатель для заготовок, полученных традиционными методами порошковой металлургии и литья.
Размерную точность заготовок после каждой технологической операции (рисунок 1.4) определи на деталях в количестве 300 шт.
В качестве модели для анализа размерных изменений в процессе инфильтрации использовали брусок (рисунок 4.4) с номинальными размерами a=10,0 мм; b=10,8 мм; c=55,0 мм.
Размеры, масса и плотность с полем отклонений от среднего значения для детали «Брусок» представлены в таблице 4.3. Методика формования заготовок и их термическая обработка описаны в главе 2, пункт 2.2.
Полученные результаты исследования размерной точности заготовок указывают на пригодность применения разработанной технологии для производства изделий простой формы с допуском на размер в пределе ±0,5 % от его значения. Данная точность не уступает точности изделий, произведенных МИМ – технологией. В МИМ-технологии изменение размеров после спекания прессовки обусловлено объемной усадкой, величина которой определяется отношением объема спеченной детали к объему прессовки. При этом, как правило, прессовка спекается до 100 % плотности или до заданной плотности, достигаемой за счет режимов нагрева. В нашем случае, усадка прессовки значительно меньше. Это обусловлено наличием каркаса из порошков средней дисперсности, который сдерживает усадку. Для оценки размерной точности, при компактировании изделий инфильтрацией, целесообразно использовать прямые измерения усадки и математическую обработку полученных результатов.
Изменение размерных показателей после инфильтрации имеет свои особенности в зависимости от формы детали. Для оценки технологии для производства точных изделий проводился анализ размерных изменений на детали сложной формы «Засов» (рисунок 4.5).
Размеры заготовок, масса и плотность с полем отклонений от среднего значения для детали «Засов» представлены в таблице 4.4.
Полученные результаты исследования размерной точности деталей после инфильтрации показывают, что в процессе инфильтрации разброс размеров и усадки зависят от характера (внутренние, внешние) и интервала размеров, которые учитываются при проектировании оснастки и выборе режимов обработки.