Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами

Краснобаев, Александр Гелиевич

Материаловедение (по отраслям)

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами

кандидата технических наук: Краснобаев, Александр Гелиевич
город: Ростов-на-Дону
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.02.01
цена: 450 рублей

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами»

Автореферат диссертации по теме "Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами"

На правах рукописи

Краснобаев Александр Гелиевич

КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ЗАДАННЫМ УРОВНЕМ СВОЙСТВ

Специальность: 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ), г. Ростов-на-Дону

доктор технических наук, профессор,

академик Международной академии проблем качества

люлько

Валерий Григорьевич

доктор технических наук, профессор ДОРОФЕЕВ Владимир Юрьевич

кандидат технических наук, доцент КУРДЮКОВ Владимир Алексеевич

Ведущее предприятие: Федеральное государственное унитарное

предприятие «Особое конструкторско-технологическое бюро» (ФГУП ОКТБ) «Орион», г. Новочеркасск

Защита состоится « 14 » февраля 2006 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д 212. 058. 01 по защите диссертаций на соискание учёной степени в Донском государственном техническом университете (ДГТУ), г. Ростов-на-Дону по адресу: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, зуд.252

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан « 29 » декабря 2005г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь л

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент С^^^^Г Шипулин А.И.

гоо^й ао5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Композиционные материалы с заданным комплексом функциональных свойств для машиностроения, приборостроения, электротехники, электроники и др. находят всё более широкое применение в узлах машин и механизмов. Их рациональное проектирование с точки зрения обеспечения контролируемой взаимосвязи подбираемого состава (композиционное™), структуры, механических, физических и функциональных свойств открывает новые возможности и области практического использования. Прикладное материаловедение, характеризующееся на современном этапе наличием эффективных высокоразрешающих методов оценки изменений и целевого формирования свойств материалов при различных внешних воздействиях, например, деформации, термообработке, дополнительном легировании, указывает на возможность экономичного достижения новых уровней свойств традиционных материалов, каковыми являются композиционные материалы на основе железных порошков - безуглеродистые псевдосплавы и спеченные стали для изготовления конструкционных, электротехнических, магнитных и др. функциональных изделий.

Композиционные материалы общемашиностроительного назначения на основе железных и стальных порошков находят широкое применение в различных узлах машин и механизмов, взамен традиционных литых и прокатанных. Достаточная доступность введения в состав композиционного порошкового материала легирующих компонентов - меди, графита, фосфора, серы и др. позволяет расширить области практического использования этих материалов для разнообразных условий не только как замену традиционным компактным материалам, но и часто как единственно работоспособным в определенных режимах эксплуатации.

Технология композитов, представителями которых являются порошковые материалы, открывает широкие возможности для создания материалов, обеспечивающих надежную работу узлов в самых разнообразных условиях. Это становится возможным за счет создания «адаптированного, приспособленного» материала для конкретного объекта и его условий работы. Успешное продвижение в создании новых композиционных материалов и обеспечении оптимальных условий их эксплуатации зависят от достаточно четкого понимания условий и механизма формирования его функциональных свойств в зависимости от сформированной макро- и микроструктуры на поверхности и в объеме материала, пористости - её вида и характера распределения, плотности, и как конечный результат - достигнутых механических и функциональных свойств - прочности, пластичности, электросопротивления, магнитных свойств и т.п. Именно решению такой задачи посвящена представленная работа.

Исследования выполнены в Донском государственном техническом университета (ДГТУ, г. Ростов-на-Дону) в соответствии с планами НИР по выполнению заданий подпрограммы «Новые материалы» научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» по разделу «Функциональные порошковые материалы» (проект 202.05.01.026) за 2001-2004г.г.; отдельные исследования структуры и физических и технологических свойств выполнены в лабораторных условиях Венского технического университета (Австрия) в ходе годичной научной стажировки и отдельных поездок. Промышленные испытания и апробация результатов выполненных исследований проведены на опытном производстве Института проблем материаловедения НАН Украины (г.Киев).

Цель и задачи исследования.

Целью работы является создание нового метода конструирования многокомпонентных композиционных материалов машиностроительного назначения на основе управления их составом и структурообразованием в зависимости от требуемого уровня функциональных свойств.

Для достижения цели определены следующие задачи.

1. Комплексное металлофизическое исследование структуры и свойств низкопористого железного композита в зависимости от состава композиции, ее гранулометрического состава, легирующего влияния компонентов, режимов термической обработки, а также технологических факторов консолидации.

2. Определение основных закономерностей формирования структуры и свойств композита с разработкой математической модели и алгоритма конструирования композиционного материала на основе железа, реализующего заданный уровень свойств в изделиях разнообразного назначения

3. Обоснование и технологическая реализация принципиальной возможности получения высококачественных композиционных материалов разнообразного назначения путем использования тривиальной технологии однократного прессования и спекания порошковой шихты на основе железа.

4. Практическая апробация разработанных методов конструирования композиционного материала на основе железа, реализующего заданный уровень физических, механических, электрических и других свойств в изделиях конструкционного и электротехнического назначения.

Научная новизна.

- создан оригинальный метод компьютерного конструирования струкгуры композиционных материалов, в основе которого лежит математическая и графическая интерпретация на симплексных диэграммах «состав-свойства», а также система оценок (шкала желательности) совокупности характеристик, обеспечивающих получение требуемого комплекса физических и механических свойств проектируемых материалов;

- на основе комплексных металлофизических исследований структуры и свойств низкопористых композиционных материалов, полученных однократным прессованием и спеканием/ сформирован банк данных (библиотека) вариантов их структурной организации в зависимости от структурообразующих факторов в широком диапазоне значений;

- для реализации разработанной математической модели конструирования структуры и свойств материала созданы оригинальные зарегистрированные программные продукты и предложен алгоритм вариационного решения частных задач по подбору состава, организации структуры и прогнозированию свойств композитов на основе железа.

Практическая ценность.

Реализация результатов работы.

Разработаны рекомендации по получению машиностроительных изделий разработанным методом, обеспечивающим требуемый уровень механических и функциональных свойств:

- проведены лабораторные и промышленные испытания разработанных композиционных материалов на основе промышленных железных порошков с 0,5% графита (спеченные стали) широкой номенклатуры конструкционных изделий повышенной плотности и прочности: шестерни, блоки зубчатых колёс, муфты переключения и др. с гарантированно достижимыми показателями: плотность 7,1-7,2 кг/см3, твердость НУ -120, прочность на изгиб 750 МПа, ударная вязкость 30 Дж/см2;

- испытаны и переданы для использования при создании электротехнических элементов (статоры и роторы электродвигателей малой мощности для бытовой техники, полюсные наконечники, магнитопроводы) композиционные магнитно-мягкие материалы с высоким уровнем функциональных свойств: потери на перемагничивание 3-4 Вт/кг против 8-12 Вт/кг у аналогов, снижение эквивалентной массы элементов на 10%.

Созданы и использованы два объекта интеллектуальной собственности, зарегистрированные в реестре Роспатента-ФИПС: №2005611223 «Проектирование многокомпонентных порошковых материалов по симплекс-диаграммам и оптимизация их свойств», №2005611224 «Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам "состав-свойство".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на российских и международных конгрессах, конференциях, семинарах, представлялись на специализированных выставках:

• Новые материалы и технологии НМТ- 2002//Всерос. науч.-техн. конф: Москва (2002г.);

• Технологическое управление качеством поверхности деталей машин Межд.н,- техн. Конф., Киев ( 2003г.);

• Всемирный конгресс по порошковой металлургии,World Congress -РМ-2004, Вена, Австрия, 17-22 октября (2004 г.);

• Теория и технология процессов пластической деформации // Межд. науч.-техн. конф. МИСиС. - Москва (2004г);

• Европейский конгресс по порошковой металлургии РМ-2005, Прага,Чехия ( 2005 г.);

• Планзее-Семинар по прогрессивным порошковым материалам. Plansee-Seminar-2005. High Performance Materials. Ройте, Тироль, Австрия (2005 г.)

• Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство. Применение. // Науч.-техн. Сем. г.Йошкар-Ола (2005)

• Международный симпозиум «Прогрессивные процессы порошковой металлургии, г.Минск ( 2005 г.)

• «Металлургия, металлообработка, машиностроение» //Межд. специализированная выставка и научно-практ. конф., ВЦ «Роствертол», г.Ростов-н/Д., 2003-2005 Г.г.;

• Ежегодных Международных научно-технических конференциях г. Свалява-Киев, Ялта-Киев (2004-2005Г. г.);

• Научно-технических конференциях Донского государственного технического университета (г. Ростов-на-Дону, 2001-2005г.г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений; содержит 198 страниц машинописного текста, 73 рисунка, 19 таблиц, список литературы (147 наименований ) и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение Обоснована актуальность решаемой научно-технической проблемы, отражены основные направления, объекты, цель и задачи исследований.

В первой главе приведён анализ результатов исследований по указанному направлению за последние 10-15 лет. Показано, что композиционные материалы на основе железных порошков занимают доминирующее положение в их производстве и применении как конструкционные, антифрикционные, электротехнические, магнитные и др. элементы машин и оборудования. Широкие возможности композиционирования за счет введения легирующих компонентов значительно расширяют конкурентные возможности спеченных материалов не только в замене компактных, но и создании уникальных функциональных изделий для машиностроения и электротехники.

Матричный материал для производства подобных изделий -промышленные железные порошки отечественного и зарубежного производства - в настоящий период явно обгоняет в своём развитии ( по химической чистоте и технологическим характеристикам) возможности традиционных приемов их переработки прессованием-спеканием. Интенсификация режимов переработки (дуплекс-процесс, горячее и холодное динамическое уплотнение, повышенные температуры спекания и т.п.) не оправдывает себя технологически и экономически. В альтернативе же, разрешение вопросов обеспечения благоприятного структурообразования на макро-, микро-, мезо- и наноуровнях, на поверхности и в объеме материала, пограничных областях композиционных порошковых материалов во взаимосвязи с целенаправленным воздействием технологическими режимами открывает новые возможности в создании общедоступных эффективных материалов нового поколения с повышенными прочностными и функциональными свойствами.

Во второй главе дана характеристика используемых материалов, исследовательского оборудования, описаны методики проведения экспериментов.

В качестве объекта исследования выбраны железные порошки разного качества: распыленный ASC 100.29, производства шведской ф. «Хёганес» (импорт в РФ составляет около 1 тыс. т), восстановленный ПЖВ2.160.26 ЗАО «СтаКС» (Сулинского металлургического завода), г. Кр. Сулин Ростовской обл., в том числе относительно новая модификация железного порошка из оксидного сырья.

Для сравнительных анализов использованы также порошки ПЖРВЗ.200.26 производава Украины (БГЗПМ) и отечественные ПЖВЗ.160.26, ПЖРВ4.200.26 (ГОСТ 9849-86) производства ЗАО «СтаКС» и

«СеверСтальТяжМаш» (г. Череповец). Для сравнительных исследований использовались легированные порошки ПЖВ2.1бО+(1,5-2,5 )Си, полученные по технологии термосинтеза компонентов в установке с вибрирующим слоем, предназначенной для получения композиционных порошков с ультра- и наноприсадками металлов и металлоидов.

В качестве легирующей присадки использована высокодисперсная (80% грануляции менее 20 мкм) медь марки CuFM производства германской компании «ЭккартГрануляте» и отечественный электролитический высокодисперсный медный порошок ПМС-МЗ и мелкодисперсная медь ПМЮМ по ТУ 179311-368-094-96 АО «УралЭлекгроМедь» (г. В.Пышма, Свердловской обл.), 90% гранулометрического состава которого имеет размер менее 20 мкм.

Исследование физических и механических свойств электропроводности, модуля Юнга, микротвёрдости и твёрдости, работы ударного разрушения, сопротивления на изгиб и др. проводилось по традиционным методикам материаловедения (широко использована современная исследовательская база Венского технического университета, Австрия).

Оптическая и электронная микроскопия осуществлялась на современном оборудовании: сканирующем электронном микроскопе с препарированием объектов ионным нанесением золота с размером частиц около 5 нм на их поверхность с помощью вакуумного ионизатора Поларон (POLARON, Sputter coater) SC7610.

Получение цифровых фотоизображений металлографических шлифов проводилась на металлографическом микроскопе Лайц Ветцлар ММ6 (LEITZ WETZLAR) с электронной видео приставкой МикроМоушн (MicroMotion,) и оригинальным программным обёспечением Проимедж (PROIMAGE). Статобработка снимков проведена с помощью современного программного пакета математической обработки и анализа ИмеджСи 5.00 (ImageC, IMTRONIC GmbH, AQUINTO AG), немецко-американского производства, и включали определение параметров зёрен (номер зерна по ASTM классификатору, размер зерна, площадь зерна и др.), размеров и форма-пространственных характеристик пор (формфактор, ориентированность, число Эйлера, длина контура пор и др.

Электронно-микроскопические исследования производились на растровом (сканирующем) электронном микроскопе Джеол JSM-6400 (Scanning microscope, 3EOL) посредством регистрации потока вторичных электронов, с использованием оригинальных программ СемАфоре и Генезис Имаджин/Мэппин 3.60 (SemAfore и Genesis Imaging/Mapping, EDAX Inc.). В работе приведены описания микроструктуры материала (морфология, микроанализ химического состава), а также фракгография поверхностей. Использование электронной микроскопии позволило получить фрактографические картины с высоким качеством отображения

и большой глубиной резкости, что явилось весьма значимым для решения задач мониторинга и диагностики структурообразования.

Построение математических моделей и комплексной оценки свойств порошков и материалов на их основе.

Одним из конечных результатов экспериментов, запланированного в настоящем исследовании, являлось получение композиций на основе промышленных железных порошков ASC 100.29 и ПЖВ2.160.26 с задаваемыми концентрациями меди (до 15 %). Перебор всевозможных сочетаний вариантов композиций во взаимосвязи с технологическими параметрами их переработки был осуществлен в факторном пространстве «состав-свойство», построенном по методике планирования экспериментов на симплексной решетке (для 3-х факторов - плоской треугольной диаграмме с узловыми экспериментальными точками. В этом же факторном пространстве проведены («наложены» на диаграмму) последующие исследования структурных (размер зерна, вид и пористости и её статистика), технологических (уплотняемость, усадка), механических (твердость, предел прочности на сжатие и изгиб, ударная вязкость) и функциональных (электропроводность, теплопроводность) свойств получаемых композиционных материалов, а также определение рациональной концентрации легирующего элемента (меди) и параметров техпроцесса для известных (заданных) условий эксплуатации.

Построение многофакторного критерия свойств получаемых материалов проведено по методике построения шкалы желательности и вычислением комплексного критерия желательности свойств (К) разрабатываемого материала, который является количественным, однозначным и универсальным показателем свойств материала. Эта оценка задавалась как среднее геометрическое частных желательностей, а в качестве входных влияющих и выходных приобретаемых параметров использованы:

Yi - тип порошка (уровни : 2-ASC100.29; 1-ПЖВ2.160.26; 0-ПЖВ4 и т.д.);

Y2 - степень легирования, % Си;

Y3 - давление прессования, МПа;

Y4 - температура, "С;

Ys - плотность, г/см3 ;

Y6 - размер зерна по ASTM, балл;

Y7 - размер зерна, мкм;

Y8 - размер пор, мкм;

Yg - размер зерна для магнитных материалов после

термообработки, мкм;

Y10 - площадь контакта (доля связей), %;

Yu - удельное электрическое сопротивление, рОм-м;

Yj2 - прочность на изгиб, МПа;

Y13 - ударная вязкость, Дж/см2,

а также подразумевалось, что наряду с этим, по мере накопления данных и необходимости отражения сведений о приобретенных свойствах, могут быть введены другие общетехнические, специальные, в т.ч. экономические (например, стоимость) характеристики разрабатываемых материалов.

Для реализации предложенного алгоритма созданы оригинальные программные продукты на платформе «Java» (MaterialJava), являющейся приоритетными в этой области (Зарегистрированы в ФИПС). В третьей главе раскрываются основы структурообразования композиционных порошковых материалов при консолидации. Модели формирования структуры материала под воздействием давления уплотнения, спекания, термообработки. Физическое и математическое моделирование условий формирования структуры и функциональных свойств композиционных материалов.

Основополагающим является композиционирование как предтеча будущего материала и характер его формирования под воздействием давления прессования, приводящее к получению начальной текстуры композиционного материала (рис.1). Выбранный легирующий компонент - высокодисперсная медь - по размеру частиц почти на порядок меньше размеров железных порошков и может «удобно» располагаться в межчастичном пространстве как геометрически (конфигурационно, см. рис.1), так и количественно (предположено, что более чем предельная растворимость меди в железе) за счёт значительного изначального диспергирования контактов «железо-медь» и увеличением длины активных границ близких к совокупной площади наружной поверхности контактируемых и деформируемых частиц железа.

Пластификатор, ещё более мелкий, размер,5-10 мкм, вводится в минимально необходимых количествах (0,5% вместо 0,8 - 1,0%) не только из-за неудобств с его выжиганием, но и из-за возможного разуплотнения порошкового тела при сильных степенях сжатия (до остаточной пористости менее 9%) из-за относительно большого упругого последействия.

Поиск закономерностей формирования пористой структуры композитов занимает исследователей практически с началом становления технологии. Общие закономерности уплотнения, охватывающие широкий спектр пористостей от 70 до 1%, постепенно трансформировались в более частные зависимости с численными коэффициентами, описывающие определенный класс материалов с небольшим разбросом пористостей (например, пористость 6-10% для настоящих исследований).

Рис.1. Модель формирования структуры (текстуры) композиционного материала на основе железа с подкомпонентами: а) исходное состояние при плотности утряски шихты Уут/ б) соотношение размеров частиц компонентов - Ре : Си : Н\Л/С; в) уплотнение при Р=400МПа; и при Р= 600-700МПа (г)

Типовые^зависимости условий уплотнения вида:

уР = или (1-ур) = ПР = ? (Р) (1)

где: уР - плотность (г/см3 или относительная в % ) спрессованного тела при определенном давлении прессования Р; (1- уР) = ПР - пористость прессовки (доли единицы или %)

наглядно отображают ход процесса прессования и могут быть описаны на всем их протяжении более-менее сложными математическими зависимостями - экспоненциальными, логарифмическими, параболическими. Однако наиболее интересным и значимым является получение комплексной зависимости достигнутого уплотнения композита Yp и связанных с этим свойств (G) от большой совокупности факторов, например, указанных выше Y^Y^ (по рис. 5). Конечным результатом этого является вывод функционала вида:

6 = f ( Р, ten, dnoD, дзеона, *го, ПЖ, L ... ) (2)

где: G - некоторое конечное свойство материала: плотность, прочность, ударная вязкость, электропроводность, магнитные свойства и др.; Р/ im/ drop, ^зевнаДю/ ПЖ, L ... - влияющие факторы, соответственно: давление прессования, температура спекания, размер пор, размер зерна, вид (качество) железного порошка, степень легирования и др. При этом совокупность влияющих факторов может постоянно меняться в зависимости от накопленных экспериментальных и литературных данных, желательности свойств (G) проектируемого композиционного материала, изготовленного при определенных технологических параметрах переработки.

Графическая интерпретация указанной зависимости в виде симплексной диаграммы изменения исследуемого свойства: плотности, прочности, структурной характеристики (например, размера зерна по ASTM, см. рис.4,5), достигаемого при определенном технологическом воздействии и её математическое описание полиномом некоторой степени (до 4-ой) с численными коэффициентами, является теоретическим и техническим инструментом реализации требуемого композиционного материала.

В четвёртой главе раскрываются результаты исследования условий формирования композитов с определенными свойствами. Исследования металловедческих аспектов формулирования композита не могут не быть взаимосвязанными собственно с использованием порошковой шихты и технологии ее переработки в композит. В этом направлении были проведены исследования по изучению влияния соотношений гранулометрии шихты и технологических параметров прессования и спекания на достижение требуемой плотности уР, степени консолидации и, как следствие этого, для достижение требуемых прочностных и функциональных характеристик материала.

Причем на каждом этапе производить по экспериментальным данным качественную и количественную оценку происходящих явлений, сравнивать их с теоретическими предпосылками и эмпирическими зависимостями с возможностью корректировки технологических параметров. В конечном итоге возможно создать комплексную модель и описать систему проектирования (прогнозирования, формирования, тестирования) семейства модифицированных композиционных

материалов на основе железных порошков для разных условий применения.

Так характер формирования поровой структуры спеченных материалов и их статистические характеристики под влиянием давления прессования (а - 600 МПа; б - 700 МПа) представлены на рис.2.

Железные порошки с пластификатором, в соответствии с моделью по рис.1 образуют в спрессованном виде двухфазные композиты - металл и поры. Величина, вид и состав последних в данном варианте композиции являются определяющими, что и можно проследить по изменению свойств сырых и спеченных материалов. Микроструктура чеггко различима в микроскоп (использован сканирующий электронный микроскоп ЗЕ01. ЛБМ-б400 с разным увеличением, вплоть до х10000) на поле шлифа в обычном виде и при травлении, что четко выявляет границы зерен и позволяет вести статистическую обработку по стандартным программам посредством управляющего микроскопом ПК.

А именно, плотность прессованных композитов закономерно расчет с увеличением прикладываемого давления прессования (пористость альтернативно снижается. Уплотняемость композиции составляет до 7,25 г/см2 при давлении прессования 700МПа и является максимальной для рассматриваемых материалов, что можно считать весьма благоприятным условием для получения материалов повышенной плотности.

Меняется также вид пор и характер их распределения: размер уменьшается от 20 до 10 мкм в диапазоне рассмотренных давлений. Интересен также фактор изменения ориентации большой оси каждой поры по отношению к направлению прессования. При малом давлении (250, 400 МПа) угол ориентации составляет 50-60°, а при повышенном (600,700 МПа) - 75-90°, т.е. возможно расположение пор почти поперек направления прессования, вытягивание и дробление, что в полной мере соответствует выдвинутой гипотезе в соответствии с моделью тексгурирования композита (рис.1).

Влияние повышения температуры спекания также является благоприятным с точки зрения уменьшения общей пористости и конфигурации пор. Поры становятся меньше и по размеру (до 5 мкм и менее), а судя по углу ориентации (~60°), поры стали ближе к сферическим и не имеют преимущественной ориентации.

Аналогичные закономерности формирования проявляет и композит на основе железного порошка ПЖВ2.160.26, но отличительная часть состоит в несколько больших порах, что связано с худшей уплотняемосгью и наличием внутричастичной пористости, что характерно для восстановленных губчатых порошков.

Однако совершенно очевидным фактором для обоих железных порошков является уменьшение не только общей пористости с ростом давления прессования, но и дробление протяженных пор на более

• 'иУ . V'' V '-.'"чТл?.: ; ' ' '

; ■ А*;/ ¡гг '.¿[Г*.!

• - о г, -"-», ; Ч..'{ „ % >-Ц у ' г - V*1» - I » - ¡'

>,[Р =600МПа, 1120°С, 1 ч., Н2

'.....4 \--CV 14' • ¿С,

•• ' и- •>• л"

■у (X л' • %

.' ■ , . •„ .Г».' —'-.•> ' ; ■ ^

Р =700МГ1а, 1120°С, 1 ч., Н2

" >;..... ••> .'•»•, V ' и* -4,. 'у. <у,У • 1 • 1- • -' . '-л * 'Лг , т. г-' . ^ ' , ч 'У 1

Среднее знач. Сганд. откл. Медиана

бООМПа 700МПа бООМПа 700МПа бООМПа 700МПа

Площадь, мкм2 54,16 51,51 10,73 11,71 15,39 13,85

Периметр, мкн 26,64 27,47 6,04 6,37 15,86 14,68

Охват, мкм 23,59 24,39 5,09 5,26 15,86 14,68

Ориентация, Град. 78,19 80,52 8,24 8,48 74 75

Число Эйлера 0,98 0,97 0,50 0,40 1 1

Диаметр вписанной окружности, мкм 6 6,03 2,33 2,40 4,43 4,2

Диаметр описанной окружности, мкм 8,48 8,74 3,41 3,60 5,05 4,67

Процент пористости (геом.) 10,26 % 9,02 %

Показатель Среднее знач. Сганд. откл. Медиана

400МПа 700МПа 400МПа 700МПа 400МПа 700МПа

Площадь, мкм2 110,22 89,55 14,11 12,31 45,4 38,47

Периметр, мкм 38,29 34,8 6,35 5,95 25,84 23,69

Охват, мкм 35,32 32,24 5,54 5,20 25,84 23,69

Ориентация, Град. 70,43 67,86 7,27 7,28 62 61

Число Эйлера 0,99 0,98 0,35 0,37 1 1

Диаметр вписанной окружности, мкм 9,54 8,71 2,65 2,49 7,6 7

Диаметр описанной окружности, мкм 12,19 11,08 3,58 3,35 8,23 7,54

Процент пористости (геом.) 13,46 % 7,88 %

Рис.2. Формирование поровой структуры и её статистические характеристики у спеченных материалов на основе на основе АБС100.29 +0,5%Н\Л/С (вверху, давление прессования 600 и 700 МПа) и ПЖВ2.160.26 + 0,8% гп^ давление прессования 400, 700 МПа) температура спекания 1120°С, время спекания 1ч., среда спекания Н2

мелкие, округлые и уменьшение среднего размера пор вплоть до минимально различимых - порядка 1-2 мкм для порошка ASC100.29. Порошок ПЖВ2.160.26 из-за наличия несколько большей доли оксидов (содержание кислорода выше на 0,1-0,15%) и потому более низкой уплотняемосги приобретает аналогичные порошку ASC100.29 характеристики структуры при более высоком (на одну ступень) давлении прессования. Например, размер пор 10-12 мкм у композита из порошка ПЖВ2.160.26 наблюдается при давлении 700 МПа, а у ASC100.29 при 600 МПа. Это хорошо подтверждается статистическими данными по поровой структуре, а также косвенно по виду микроструктуры.

Повышение температуры спекания композитов также способствует уменьшению пористости, ведет к залечиванию микропор, формирует равномерную зёренную структуру материала. Доля мелких зерен, например, средним размером менее 55 мкм (средней площадью менее 3000 мкм2 ) увеличивается при переходе от давления прессования 400 МПа к 700МПа с 50% до 75%, а от температуры спекания 1120°С к 1300°С

- до 83%.

Изменение размера зерна спеченных материалов в целом также направлено в сторону его уменьшения с 75-80 мкм при давлении прессования 250; 400 МПа до 50-55 мкм при верхних значениях давления

- 500-700 МПа. Различимы именно эти два диапазона давлений, т.е. высокие давления, действующие уже на т.н. третьей стадии уплотнения (см. модель на рис.1), направлены на повышение плотности за счет пластического деформирования частиц порошка и его течения в поперечном направлении с заполнением оставшейся небольшой доли пустот.

Как результирующий эффект процесса консолидации порошкового композита может быть проанализирована формируемая фракгографическая картина разрушения материалов и этим оценена суммарная доля связей межчастичного взаимодействия, показывающая характер и динамику их формирования (рис.3,4). Можно отметить совершенно монотонный характер этих изменений - рост параметров прессования и спекания ведет к повышению «качества сращивания» на контактных поверхностях.

Так доля разрушенного материала, попадающего в анализируемую плоскость (см. рис.3) закономерно возрастает от минимально закрепившихся при 250 МПа в 5-6% до максимальных при 600 - 700МПа ~80%. Последнее очевидно является максимально достижимым результатом для таковых не легированных материалов на основе железа и указывает на отсутствие необходимости дальнейшего повышения давления прессования и использования чрезмерно высокой (1300°С) температуры спекания.

Закономерно с этим идет формирование и других свойств композитов: - ударная вязкость в полном соответствии с фрактографическими

картинами разрушения спеченных материалов и твердость HV возрастает с увеличением давления прессования и температуры спекания

- повышение электропроводности (снижение электросопротивления) также монотонно и подтверждает улучшение контактного взаимодействия на межчастичных поверхностях с развитием процесса консолидации.

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что необходимое давление прессования для достижения требуемой плотности 7,0 г/см3 и выше для исследуемых порошковых композиций может быть ограничено и составляет 500-600 МПа в отличие от требуемых 700 МПа для серийного железного порошка ПЖВ4.160.26. Но надо оговориться, что для получения прессовок большой плотности из порошков с небольшой насыпной плотностью (унас = 2,5-2,6 г/см3 у российских порошков) априори требуются большие давления, чем для получения таковых результатов из более тяжелых порошков типа ASC 100.29 (унас = 2,9 г/см3). Однако при увеличении степени уплотнения это различие уменьшается.

В целом же можно говорить о том, что новые по уровню качества промышленные железные порошки (содержание Fe^ > 99,0%) отечественного и зарубежного производства обладают высоким уровнем технологических характеристик и обеспечивают получение композиционных спеченных материалов нового уровня, особенно при использовании их как основы легированных композиций, одной из распространенных из которых являются варианты композиций «железо-медь».

Легирование композита матричного материала связано еще с одним важным технико-экономическим аспектом. Так реализация технологического цикла одноразового прессования и спекания при 1300°С в современных промышленных условиях оказывается нереальной из-за того, что промышленные печи с нихромовыми нагревательными элементами, рабочая температура •соторых составляет до 1150°С, не рассчитаны на такую высокую температуру. Поэтому значительная экспериментально-аналитическая часть диссертационной работы посвящена решению проблемы создания композиционных материалов конструкционного назначения в промышленных условиях не только варьированием технологических параметров, а путем регулирования его состава и структуры. С этой целью было изучено влияние меди как составляющей композита на основе железа. Медь, как компонент проектируемого материала, достаточно традиционна, но её роль и влияние на конечные свойства композита далеко не однозначны и потому исследуются в разных аспектах.

Материал: АБС10б.29 н 5%Си; бООМПа I ос 1 I Н21 ' $

ж -

Материал: А5С100.29 5%Си; 700МПа 1300°С 1 ч , Нг — -

Рис.3. Влияние давлении прессования при 600 (вверху) и 700МПа и температуры спекания 1120°С (вверху) и 1300°С на фрактографическую картину разрушения спеченных железных композитов на основе ASC1.00.29 + 0/8%HWC, при достигнутой плотности ~ 7,0 г/см3, доля связей в исследуемой плоскости - 50%; (вверху) и ~ 7,25 г/см3, доля связей - 80% (справа - изображение оцифровано для статобработки)

Рис.4. Распределение меди по поверхности разрушения композитов. Материал: А5С100.29 + 5%Си; давление прессования бООМПа; спекание 1150°С, 1 ч., Н2; плотность 7,1 г/см3

Так в настоящем исследовании уточнено, что вследствие относительно низкой температуры плавления меди (1089°С), что ниже стандартной технологической температуры спекания (1120-1150°С), существует возможность перераспределения и заполнения пор жидкой медью, что уменьшит пористость и повысит плотность композита. Кроме того, медь образует с железом целый спектр различных структурных и фазовых состояний: твердые растворы (а и у на основе Fe„ и FeT), эвтектоид (а+с), первичные и вторичные избыточные высокомедистые фазы (б!, е2). Все это в комплексе дает возможность управлять структурно-чувствительными свойствами композита в широких пределах путем регулирования содержания меди в шихте, которая к тому же выбрана в соответствии с принятой моделью структурообразования по размерно-конфигурационному фактору (основной размер частиц около 10 мкм ) соответствующей размеру получаемых пор в железном матричном материале. Наконец, эвтектоидное превращение в системе Fe-Cu при 850°С и фиксация гомогенного состава (рис.4) позволяет применять обычную термическую обработку для изменения структуры и свойств композита.

Изучалось влияние меди в широком интервале концентраций 0-15%.

- оптимальным уровнем легирования для повышения прочностных свойств является «5%Си; при этом значении достигается максимум твердости и прочности на изгиб;

- вплоть до содержания 2,1% Си характер изменения прочностных свойств линейный, а в интервале 2,1... 10,0% Си - параболический с максимумом; первый участок характерен для твердых растворов (в данном случае ос-твердый раствор Си в FeJ, а второй - для выделяющихся избыточных фаз (в данном случае фаза е2, содержащая 98,7%Си);

- характер изменения теплопроводности и удельного электросопротивления однотипный и взаимно противоположный, а их максимальное изменение соответствует чисто эвтектоидной концентрации системы Fe-Cu при 2,1% Си;

- характерная практически для всех исследованных свойств композита точка с содержанием «10% Си, в которой наблюдалось изменение каждого свойства в ту или иную сторону (экстремум функции), может быть связана с образованием фазы ь2 в результате перитектической реакции в системе Fe-Cu при 1094°С.

- дополнительная гомогенизирующая термообработка железо-медных материалов - закалка в воду с 1000°С и последующий отпуск при 100-б00°С (нагрев под закалку и отпуск осуществлялся в аргоне-Ar) может служить инструментом формирования необходимой структуры таких пористых композиционных материалов. Так низкотемпературный отпуск при 100-400°С стабилизирует размер зерна на уровне, полученном после закалки

(средний размер 27-32 мкм ); микротвердость довольно высокая и составляет 350-362Мпа. Верхняя ступень отпуска при 600°С, превышающая порог рекристаллизации железо-медного материала, позволяет несколько вырасти зерну до 45-50 мкм и выше. Микротвердость снижается и составляет ЗОО-ЗЮМПа.

На основе выявленных закономерностей проведено комплексное моделирование поведения многокомпонентных композиционных материалов как систем порошковых ингредиентов, консолидируемых при прессовании, спекании, термообработке и с учетом различного, часто специфического назначения и условий эксплуатации важная и необходимая часть дизайна модифицируемых материалов. Поиск закономерностей формирования функциональных свойств от технологических параметров их получения открывает новые возможности в казалось бы традиционно известных и изученных областях композиционных материалов, что постоянно подтверждается новыми результатами в этой области и будет здесь показано.

В частности, для материаловедческих задач интерес представляет корректное описание зависимостей разнообразных свойств поликомпонентных материалов на пространственных (октаэдр) плоских (треугольник, как частный случай сечения) или диаграммах «состав-свойство» - симплексах. Для этого может быть эффективно использован инструментарий симплекс-решетчатых планов эксперимента.

При этом использование формализованного подхода для теоретических (прогностических) моделей дает также возможность в представлении не только доли порошкового компонента (присадки), но и какого-либо технологического параметра изготовления (например, давления прессования, изменяющегося ступенчато ( у нас 250 - 300 - 400 ...МПа и т.д.), а в формализованном (кодированном) виде это 0 - 0,2 -0,4 и т.д. доли единицы виртуального состава, рис. 4) позволяет сделать комплексный наглядный анализ свойств проектируемого материала в координатах «состав-технология-свойства».

Таким образом решается научно-практическая задача проектирования материала и подбора технологических параметров его изготовления. При этом определяется алгоритм решения и создается адекватная математическая модель проектирования и тестирования в некотором факторном пространстве нового оригинального или модифицируемого материала с требуемыми функциональными характеристиками, а именно, за несколько уровней эмпирико-статисгического анализа накапливаемой и возобновляемой информации обоснуется процедура подбора компонентов и дается математическое описание взаимодействий факторных компонентов, в котором идет анализ свойств, с конечным результатом. Частным выходом может

являться поиск оптимума разного вида: технологического, функционального, экономического.

При этом совокупность влияющих факторов может постоянно меняться в зависимости от накопленных экспериментальных и литературных данных, желательности свойств («G») проектируемого композиционного материала, изготовленного при определенных технологических параметрах переработки - Р, t^, ,tro, ПЖ, L ... т.е. установить взаимосвязь состава исходной шихты (качество ПЖ, степень легирования), технологические условия и конечные свойства материала.

Шкала желательности

D| ~ ---Г-----~

очень хорошо ^jf*

ХОРОШО !

обз ----L—__ V

i у j

/доетЕтворигельно , | / J

0j37--—,—-j.

плохо у " 02--1-?

ОЧЕНЬ ППОХО '

У -05 00 085 1 5 30 v

Y1 4 3 2, 1 0

Y2 0 1 2 5 8

Y3 900 eoo 700 800 SCO

Y4 13S0 1300 12S0 1200 1100

YS ее ее 7 72 74

Y6 10 в 4 25

Y7 70 60 50 40 30

Y8 7 в 4 3

Y9 f ¥ 40 SO 60

Y1P во 70 80 90 95

v-tl 0175 015 013 012 011

Y1j BOO 650 700 750 epo

Y15 1 2 10 25 so

Рис.5. Обобщённый критерий свойств композиционных материалов, построенный на основе шкалы желательности с ранжированными значениями исходных факторов и характеристик получаемого порошкового материала.

Построение многокритериальной оценки свойств создаваемых материалов проводится в виде совокупного критерия К частных критериев к, (достигнутых при эксперименте или желаемых при прогнозировании ) порошка и шихты, параметров его переработки, конечных свойств готовых материалов (см. рис.5):

К = Т (кА, кг, к3...к{); к, = ехр [ -ехр (-*)] (3) Такого рода оценки по «психолого-физической» шкале Харрингтона как номограмме перевода физических величин в безразмерные критерии к, = 0...1, опираясь на полученные данные и статистику для наиболее характерных классов материалов, адаптировав их к проектированию композиционных материалов на основе разных по качеству железных порошков (рис. 4). А именно параметры У^Уп, важнейшие из которых:

У4 - уплотняемосгь материалов (достигаемая плотность) при давлении прессования 400 ( или 500-700, см. рис. 5) МПа.

I - количество легирующего элемента; большее его количество увеличивает стоимость шихты и технологические затраты. Показатели технологического процесса переработки: Р - рабочее давление прессования; чем оно меньше, тем технологичнее и экономичнее процесс;

^;т;А - температура и длительность, атмосфера спекания; необходимо стремиться к минимизации параметров;

аа; аю ; НУ, > пределы прочности при растяжении и изгибе, твердость и ударная вязкость определяют необходимый уровень механической прочности изделий. Но надо отметить, что эти характеристики являются конечными и расставленные по шкале желательности отразят зависимость, близкую к линейной, что может ввести в заблуждение из-за излишнего упрощения.

Преобразуя названные и ранжированные частные факторные показатели в частные безразмерные функция желательности (к, подразумевали, что нижняя граница области желательности с оценкой "удовлетворительно" (численно-0,37) (рис.4) соответствует в большинстве случаев характеристикам исходных порошков (чистых и легированных) и материалам на их основе. Высшие характеристики порошков и материалов, выявленные в ходе проведения исследований (гл.4), характеризуют собой начало области "очень хорошо" ( к, = 0,8), а наивысшие значения свойств, как эталон на данной этапе развития технологии, выбирали по данным разных собственных исследований и литературных данный последнего времени, например, по железным порошкам ф. «Хёганес», железо-медным конструкционным изделиям и спечённым сталям, магнито-мягким материалам и др. Например, может быть добавлено Уи - цена полученного порошкового материала или изделий (например, как относительная величина от шкалы У! -стоимости исходных порошков).

Проведя выборку интересующих параметров из ранжированных таким образом данных, статистика которых постоянно пополняется и обновляется, можем определить обобщённый численный критерий процесса - функцию желательности. Для всего процесса выглядит как: к= т [ПЖ Нпоо *чмнэ 'Озета^'Явязи к,] , (4)

а для 4-х факторного -У 1,^2, ЧьУп - проектирования композита как матричного материала конструкционного назначения, использованного для спеченных сталей с 0,5% графита, как:

К расч = ^ =0,73 (5)

Найдя численное значение Красч переходим к перебору необходимых параметров по этапам техпроцесса (рис.5), начиная от требующихся характеристик порошка (Геобщ) Ц, которые могут обеспечить разные поставщики. Затем, опираясь на полученные в настоящих исследованиях (или подобные литературные данные) по функциональным зависимостям свойств материалов от различных факторов, определяем порядок и параметры обобщенного техпроцесса, которые уточняем с учётом конкретных возможностей композиционирования и технологии. После контроля конечных свойств, может быть подсчитан численный критерий "практический" (Кпракт) с расчётным (КраСЧ) и проведена оценка: при Кпракт > Красч результат удовлетворительный, при обратном положении, необходимо будет возвратиться вновь к анализу требующихся свойств порошковых композиций и скорректировать режимы его переработки.

Таким образом, может быть решена как прямая, так и обратная задачи: проектирование техпроцесса от заданных свойств материала к свойствам необходимого композиционного порошка или прогнозирование свойств нового материала из определённого по составу и свойствам композиционного порошка, перерабатываемого в изделия по фиксированным режимам.

Графо-аналитические модели (симплексы) взаимосвязи свойств материалов с воздействующими параметрами и состоянием (составом, чистотой) исходной шихты строятся на основе многочисленных результатов собственных исследований (постоянно дополняемых и обновляющихся) и литературных данных, а дополнительно к этому проведены исследования и уточнен алгоритм проведения опытов (планирование экспериментов) с целью устранения «пустых» точек в факторном пространстве «состав- технологический параметр», а именно «композиция Ре-Си+смазка - давление прессования - температура спекания» (рис.6), и построены отклики (изолинии выхода) адекватной многопараметрической модели.

f'j ItwdegimafM Uw)'««ponce V?

Л»<1мс«улГ«М*Щ

- Y7 =

6.38xi+7.2x2+ 7.12X3+ 0.66x1x2+ 0.64XiX3 - 0.02x2x3+ 0.08xix2(x1-x2) -

О.БЗх^з^-Хз) +З8.106х2х3(х2-X3) - 0.4Х!Х2(Хх-x2)2- 0.64(xrx3)2

- 76.29x2x3(x2-x3)2 - 35.65x12x2x3 - 115.36xix22x3 + 188.079xix2x32

X,sFe - композиция; X2=Ts - температура спекания 1120-1150-1200-1250-1300°C; X3=Ppr - давление прессования: 250 (300)-400-500-600-700 МПа.

"ço«f~ ! "vil î

Ь1 6 38 >

»г 1V> '

вз /и

M 2 oie !

ыэ 0 64

Ь2Э 007 î

й»г 00Л

(>13 0 04333

9" 3 « 1 ow? 1

$12 04 ,

«13 Û 639*9 '

«23 78 70333

ЬИ 23 •3485341

Й1223 115 3*

M 233 1WAT9M

' ) The th* I«sp<mir ï!

ТгамГм rupirnt *rm№ Л5Г «0».5«<CuFM

G2= о из =

700xi+810x2+ 780x3-180x1x2+120x1x3-40x2x3-26.66x!x2(x!-x2)+107x1x3(x1-x3) - 4187 x2x3(x2-x3) -107 xix2(xt-x2)2- 480 (xrx3)2 - 8267x2x3(x2-x3)2 + 3913x!2x2x3 +13093x1X22X3-20400xix2x32

Xi=Fe Си- композиция; X2= tc„ - время спекания 30-45-60-75-90 мин; X3sTs - температура спекания 1050-1100-1200-1250°С

Рис.6. Графоаналитическая модель и математическая интерпретация формирования свойств систем композиционных материалов:

а) изменение плотности (Gj) композита ASC 100.29 + 0,5%HWC (вверху);

б) прочность на изгиб (G2) композита ASC 100.29 + 5%Cu + 0,5%HWC.

В пятой главе представлены прикладные исследования и испытания по реализации усовершенствованной технологической схемы получения композиционных материалов и опытно-промышленная апробация полученных композиций при изготовлении спечённых материалов конструкционного и электротехнического назначения.

Действуя указанным выше образом и используя адекватные модели формирования свойств композиционных материалов с требуемыми функциональными характеристиками (рис.б) и рациональным технологическим процессом, может быть разработано и внедрена в практику малотоннажного и мелкосерийного производства целая серия модифицированных материалов для изготовления ряда конструкционных изделий - шестерен, блоков зубчатых колес, элементов электротехнических машин - статоров, роторов, магнитопроводов по заказам конкретных потребителей и в перспективе выход на рынок, что и показано в прикладных исследованиях в рамках выполнения заданий Государственных программам Миннауки и образования РФ и научно-исследовательских проектов.

При этом, наряду с достижением нового научно-технического уровня продукции, получен определённый технико-экономический эффект в получении прогрессивного магнитно-мягкого материала для ,

комплектации электродвигателя малой мощности (см. приложение 1).

Общие выводы и рекомендации

По итогам работы можно сделать следующие выводы:

1. На основе созданного метода конструирования многокомпонентных композиционных материалов, математических моделей и алгоритма проектирования показана технологическая и экономическая возможность создания машиностроительного материала плотностью 7,1-7,2 г/см3 по технологии однократного прессования и спекания шихты на основе промышленных порошков железа.

2. Эмпирико-статистическим анализом результатов формирования структуры и свойств получаемых композиционных материалов показано, что варьирование параметрами консолидации (давление прессования 250...700МПа, температура спекания 1120...1300°С) и степени легирования (+ 1,5...15,0%Си) позволяет достичь степени компактности структуры материала 91-93% (пористость 7-9%), что делает его конкурентоспособным традиционным компактным материалам.

3. Методами фрактографического исследования определен достаточный уровень параметров консолидации (Р=700МПа, Т=1300°С), обеспечивающих в отсутствие легирования показатели динамической прочности композита, сравнимые с аналогами компактного материала - деформируемыми конструкционными сталями (КС=40-50 Дж/см2). Показано, что такие показатели прочности обеспечиваются долей

суммарных межкристаллитных связей на уровне 75-80% в плоскости излома при общей плотности композита 7,13-7,25 г/см3.

4. Комплексное металлофизическое исследование добавок меди в составе композита показало, что это влияние носит фазовый (т.е. легирующий), а не механический (или технологический) характер, что выражается в формировании высокодисперсной фазы е, конфигурация которой и её структурное влияние на свойства может регулироваться параметрами консолидации и последующей термообработки композита.

5. Исследования различных функциональных свойств Ре-Си-композита в зависимости от содержания меди позволило определить оптимальный уровень добавок Си и объяснить механизмы их влияния на свойства, обусловленные различным сочетанием эвтектоида (а+е)-Си, первичных и вторичных высокомедистых фаз (е^Си, е2-Си), а также конфигурацией последних. Так, например, экспериментально показано, что оптимальным уровнем легирования для повышения прочностных свойств композита является =5%Си, что увеличивает его твердость и прочность на изгиб на 40-60%.

6. На базе широкого спектра экспериментальных данных установлено, что изменением состава материала (конфигурация и дисперсность исходного порошка, степень легирования), параметров консолидации, параметров термической обработки можно в широких пределах варьировать структурные характеристики композита (размер и количество пор, размер зерна, фазовый состав, площадь контакта и др.), что позволяет управлять уровнем его свойств. Определены количественные взаимозависимости между составом, структурой, свойствами и параметрами обработки композита. На этой основе создана библиотека (банк данных) вариантов структурной организации исследуемых материалов.

7. Сформированный банк данных структуры и свойств композита позволил разработать математическую модель компьютерного проектирования материалов на базе симплексных диаграмм «состав-свойства» для многокомпонентных композиций на основе железа. Разработка зарегистрирована в реестре ФИПС в виде двух объектов интеллектуальной собственности.

8. Результаты исследований успешно апробированы в промышленных условиях в виде технологических рекомендаций и образцов изделий из разработанных композиционных материалов конструкционного (детали повышенной прочности - шестерни, блоки зубчатых колес) и электротехнического назначения - статоры и роторы микроэлектродвигателей, полюсные наконечники, магнитопроводы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

Развитие метода микрофазного легирования в вибрирующем слое железных порошков и создание на их основе модифицированных порошковых материалов // Люлько В.Г., Жмайлов Б.Б., Малофеева С.А., Хлебунов С.А., Краснобаев А.Г. //Отч. по проекту 202.05.01.026 (№ гос.регистр. 01.20.03.08421 ) в сб. ст. по проектам подпрограммы «Новые материалы» Минобр.РФ за 2004 г. Вып.2. Пермь, 2004, с.63-67, 86-87. Краснобаев А.Г., Кудряков О.В., Люлько В.Г. Методика препарирования градиентных структур, получаемых модификацией поверхности металлов и сплавов концентрированными потоками энергии// Технологическое управление качеством поверхности деталей машин: Материалы Междунар. науч. конф., 11-13 нояб. / ИСМ HAH Украины. - Киев, 2003. С. 74-77. Кудряков О.В., Пустовойт В.Н., Краснобаев А.Г. Трансмиссионная электронная микроскопия сталей после лазерной обработки (статья) Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. - 2003. - № 4. С. 69-70. Краснобаев А.Г., Даннингер Г., Люлько В.Г., Кудряков О.В. Информационно-аналитические приёмы анализа тонкой структуры порошковых и компактных материалов по электронно-микроскопическим изображениям // Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий, металлообработки и порошковой металлургии: Сб. труд, науч. - техн. конф., 8-10 сент. - Ростов н/Д , 2004. С. 182-187. Краснобаев А.Г., Даннингер Г., Люлько В.Г., Кудряков О.В. Анализ тонкой структуры спечённых порошковых материалов по электронно-микроскопическим изображениям //Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: Материалы IV Междунар. науч. - техн. конф., 28-30 сент. / Крым, Ялта - Киев, 2004, с.74-79.

Krasnobaev А.Н., Lyulko V.G.,Kudruakov O.V. at al. Preparation technique of gradient structures received with updating of metals and alloys surface with energy concentrated streams (FCS)// Powder Metallurgy World Congress 2004: 17-21 Oct. / Austria, Vienna, 2004.Vol.5. PP. 675-681

Краснобаев А.Г., Даннингер Г., Люлько В.Г., Барков А.В.Выявление и анализ влияния ультрадисперсных структурных составляющих в порошковых материалах на основе железа // Технологические процессы в металлургии и машиностроении. Функциональные порошковые материалы. Сб.тр. н.-техн. конф., 7-9 сен. / Ростов-на-Дону, 2005. С. 130-133.

Краснобаев А.Г., Даннингер Г., Люлько В.Г., Кудряков О.В. Анализ тонкой структуры спечённых порошковых материалов по электронно-микроскопическим изображениям // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика. Материалы IV

Междунар. науч.-техн. конф., 28-30 сен., Ялта, 2004 / Киев, ATM Украины, 2004. С. 74-79.

9. Краснобаев А.Г., Современное оборудование и методики металлографических и электронно-микроскопических исследований порошковых композитов// Инженерия поверхности и реновация изделий. Материалы V Междунар. науч.-техн. конф., 24-26 мая, Ялта, 2005 / Киев, ATM Украины, 2005. С. 113-116.

10. Люлько В.Г., Краснобаев А.Г., Иванова A.A. Влияние состава и технологических факторов на магнитные параметры магнитопроводов на основе железа //Инженерия поверхности и реновация изделий. Материалы V Междунар. науч.-техн. конф., 2426 мая, Ялта, 2004 / Киев, ATM Украины, 2005. С. 135-138.

11. Краснобаев А,Г., Отработка методики и результаты исследований уплотняемое™ и плотности после спекания порошковых материалов // Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении. Материалы V Междунар. науч.-техн. сем., 22-24 фев., г.Свалява, 2005 / Киев, ATM Украины , 2005. С. 71-74.

12. Краснобаев А.Г., Люлько В.Г.Исследование уплотняемое™ и плотности после спекания порошковых материалов на основе железа// Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство. Применение. Сб. тр. науч.-техн. сем., 21-24 июня., г.Йошкар-Ола, 2005. С. 17-19

13. Люлько В.Г,, Краснобаев А.Г., Гриценко В.В., Малофеева С.А. Железные порошки из новых источников сырья, полученные терморафинированием в вибрирующем слое // Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство. Применение. Сб. тр. науч.-техн. сем., 21-24 июня., г.Йошкар-Ола, 2005. С. 21-23.

14. Краснобаев А.Г., Даннингер Г., Люлько В.Г., Барков

A.B.,Формирование субзёренных нанометрических эффектов в порошковых материалах на основе железа // Современные проблемы машиноведения и высоких технологий. Материалы Междунар. науч.-техн. конф. г.Ростов-на-Дону, 2005, т.З, с. 126131.

15. Люлько В.Г., Краснобаев А.Г., Олейников Д.В.Микролегирование в вибрирующем слое как метод получения композиционных порошков и материалов с нанометрическими эффектами // Известия ВУЗов Северо-кавказский регион., 2005. Спец. вып. С.75-79

16. Lyulko V.G., Krasnobaev А.Н. et. al Thermosynthesis in vibrating layer of composite powders for maintenance nanodimensions effects in powder materials // Powder Metallurgy Congress 2005: Proceedings of

РМ 2005 Congress. Section: Nanotechnology workshop, 2-5 Oct. / Czech Republic, Prague / Prague, 2005, Vol.3, p.395-400

17. Lyulko V.G., Jmailov B.B, Krasnobaev A.H. et. al Perfection of graphic-analytical method for the complex analysis of powder materials under simplex polycomponental diagrams // Plansee-Seminar-2005. Proceedings .Vol.1. Reute. Tirol. PP.1117-1125

18. Проектирование многокомпонентных порошковых материалов no симплекс-диаграммам и оптимизация их свойств // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611223..Авт. Жмайлов Б.Б., Люлько А.В., Краснобаев А.Г., Демьяненко А.Г. Зарегистрировано 25 мая 2005. Бюл.ФИПС.,М., 3№3 (52),2005, С. 109.

19. Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам "состав-свойство" // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611224..Авт. Люлько В.Г., Жмайлов Б.Б., Люлько А.В., Краснобаев А.Г., Хлебунов С.А. Зарег. 25 мая 2005. Бюл.ФИПС.,М., 3№3 (52),2005, с.110.

ЛР №04779 от 18.05.01. В набор 27.12.05. В печать 28.12.05 Объем 1,0 усл.п.л., 1,0 уч.-изд.л. Офсет. Бумага тип №3.

Формат 60x84/16. Заказ № tyfyQ. Тираж 100._

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г.Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,!.

ï &

t \

{ »

(■

I >

4 »

i »

I t

( î ï

_IlOQ£fl

boS

-305

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Краснобаев, Александр Гелиевич

Введение.

1 .Состояние и тенденции развития технологии композиционных спеченных материалов на основе железных порошков

1.1. Роль и значение композиционных материалов, изготавливаемых на основе железных порошков

1.2. Состояние производства и применения железных порошков для изготовления композиционных материалов.

1.3. Цель работы и постановка задач исследования

2. Методика экспериментальных работ и обработки результатов исследований, оборудование

2.1. Материалы и образцы для проведения исследований

2.2. Исследование физико-механических свойств

2.3. Оптическая и электронная микроскопия

2.3.1. Подготовка образцов

2.3.2. Металлографические исследования

2.3.3. Электронно-микроскопические исследования

2.4. Построение математических моделей зависимостей технологических свойств композиций от концентрации добавок легирующих элементов

2.4.1. Разработка плана и проведение эксперимента. Постановка задачи и условия исследований

2.4.2. План эксперимента

2.5. Методика построения комплексной оценки свойств порошков и материалов на их основе

3. Теоретические и технологические предпосылки формирования структуры и функциональных свойств пористых композиционных материалов

3.1. Проблематика вопроса и решаемые задачи

3.2. Основы структурообразования композиционых порошковых материалов при консолидации

3.3. Физическое и математическое моделирование условий формирования структуры и функциональных свойств композиционных спеченных материалов на основе железных порошков

3.4. Технологические аспекты консолидации, формирования структуры и свойств композиционных спеченных материалов на основе железных порошков

3.5. Выводы по главе

4. Комплексное исследование закономерностей формирования структуры и функциональных свойств композиционных спеченных материалов на основе железных порошков

4.1. Влияние типа железного порошка и степени легирования на структуру и свойства порошковых композитов после прессования и спекания

4.1.1.Определения влияния параметров прессования и спекания на формирование свойств композитов из базовых железных порошков 84 4.1.2. Композиционирование «железо- медь» как приём тонкодисперсного смесевого легирования

4.3 Моделирование формирования систем поликомпонентных композиционных материалов

4.3.1. Постановка задачи

4.3.2. Построение обобщённого критерия свойств исследованных композиционных материалов на основе железных порошков

4.3.3. Построение моделей систем композиционных материалов на основе железных порошков

5. Разработка рекомендаций по освоению технологии получения модифицированных композиционных материалов. Укрупненные и опытно-промышленные испытания функциональных изделий

5.1. Проектирование и изготовление композиционных материалов типа «спеченные медистые стали» для средненагруженных машиностроительных изделий

5.2. Изготовление и испытания электротехнических функциональных материалов и изделий для электромашиностроения

Введение 2005 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Краснобаев, Александр Гелиевич

Композиционные материалы с заданным комплексом функциональных свойств для машиностроения, приборостроения, электротехники, электроники, современной медицинской техники находят всё более широкое применение в узлах машин и механизмов. Их рациональное конструирование с точки зрения обеспечения контролируемой взаимосвязи состава, структуры, механических и физических свойств открывает новые возможности и области практического использования. Прикладное материаловедение, характеризующееся на современном этапе наличием эффективных методов оценки изменений и целевого формирования свойств материалов при различных воздействиях, например, деформации, термической обработке, легировании, указывает на возможность экономичного достижения новых уровней свойств традиционных материалов на основе железа - безуглеродистых псевдосплавов и спеченных сталей для изготовления различных изделий, имеющих функциональное назначение. Такими исследованиями занимаются ведущие отечественные и зарубежные научные организации, исследователи и практики, поскольку их актуальность непреходяща [1-8].

Эффективным приёмом создания композиционных материалов разного состава и свойств для современного машиностроения является порошковая технология, сама суть которой подразумевает возможность практически неограниченного подбора смесевых компонентов на основе матричного (базового) материала, в частности, железных порошков разной чистоты и степени легирования и их консолидации при формовании, спекании, термо- и химико-термической обработке. При этом могут быть сформированы уникальные структурные характеристики материалов - градиентная пористость и состав, слоистые и локально обособленные структуры, флокены, ультратонкие и к нанометрические включения и сегрегации, управляемые вакансионные и дислокационные конфигурации [8-10].

Существенным позитивным фактором, расширяющим перечень достоинств технологии композиционных порошковых материалов, является возможность использования разных по качеству и стоимости исходных порошков для изготовления изделий с заданными потребительскими характеристиками, которые можно получить, используя доступные и общеизвестные технологические приемы.

Композиционные материалы общемашиностроительного назначения на основе железных и стальных порошков находят широкое применение в различных узлах машин и механизмов, работающих в условиях ограниченной смазки или её полного отсутствия [11-20], а введение в состав композиционного порошкового материала легирующих компонентов - графита, меди, хрома, молибдена, фосфора, серы и др. позволяет расширить область практического использования этих материалов для разнообразных условий работы не только как замену традиционным компактным материалам, но и часто, как единственный материал работоспособный в определенных режимах эксплуатации [13-21].

Известные преимущества технологии - возможность создания разнообразных композиций материалов, экономичность и высокая технологичность производства, высокий коэффициент использования материала (до 99%), ресурсосбережение, а на этой основе сокращение себестоимости изделия, по сравнению с другими видами переработки, возможность получения материалов с особыми функциональными свойствами - самосмазывающиеся, износостойкие, уменьшенной плотности с высокой удельной прочностью и др. являются основой непрерывно происходящих процессов расширения номенклатуры изделий с заданными свойствами, получаемых из композиционных материалов-полуфабрикатов [5-14].

Технология композитов, представителями которых являются спеченные порошковые материалы, открывает широкие возможности для создания материалов, обеспечивающих надежную работу узлов в самых разнообразных условиях: при больших нагрузках, высоких температурах и скоростях трения, в коррозионных и абразивных средах и т.п., Это становится возможным за счет создания «приспособленного» материала для конкретного объекта и его условий работы. [15-19].

В настоящей работе созданы математические модели конструирования структуры различных композиций на основе железа, позволяющие при использовании традиционных технологий однократного прессования и спекания получить достаточно высокую плотность материала (до 7,25 г/см ). Разработаны и зарегистрированы в Российской Федеральном институте по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам компьютерные программы оптимизации состава по компонентам и пластификатору, механических, физических и функциональных свойств материалов при варьировании характеристик макро- и микроструктуры на поверхности и в объёме материала, пограничных областях, характеристик плотности и пористости - её вида и характера распределения.

Показано, что эффективным средством улучшения комплекса свойств является использование предварительно легированных порошков в виде композиционных шихт - гомогенных смесей, микрокомпозитов, что становится особенно рациональным при использовании мелкодисперсного (менее 10 мкм) легирующего компонента (меди) уже на первом этапе композиционирования и текстурирования материала за счет разной дисперсности. Даже минимальная степень легирования шихты не только более технологична при переработке их в изделие, но и позволяет эффективно использовать традиционную термическую обработку как заключительную операцию, не только устраняющую сегрегацию и ликвацию легирующих элементов, но и закономерно закрепляющую эффект гомогенного легирования.

Практическим результатом выполненных исследований является разработка и успешная апробация обширной номенклатуры разнообразных конструкционных изделий повышенной прочности из модифицированных спеченных материалов, изготавливаемых по разработанной технологии, проведены испытания и даны рекомендации по использованию оригинального спеченного порошкового материала для электротехнических изделий.

Диссертационная работа выполнена на кафедрах «Физическое и прикладное материаловедение» и «Технология конструкционных материалов» Донского государственного технического университета (ДГТУ, г.Ростов-на-Дону) в соответствии с планами госбюджетных НИР ВУЗа и заданий подпрограммы «Новые материалы» научно-технической программы Минобразования и науки РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» (проект 202.05.01.026) за 2003-2004 г.г., раздела проекта № 1584 Еврокомисии по науке (совместно с Институтом проблем материаловедения HAH Украины, г.Киев). Отдельные исследования структуры, механических и физических свойств новых материалов выполнены в специализированных лабораториях Института химической технологии и аналитики (Institut fur Chemische Technologien und Analityk) Венского технического университета (Австрия) в ходе годичной (2003-2004 г.г.) стажировки автора как стипендиата программы Президента РФ по зарубежной подготовке научных кадров.

Заключение диссертация на тему "Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами"

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Выполненные теоретические и экспериментальные материаловедческие, металлофизические и технологические исследования, практические результаты по совершенствованию процесса получения модифицированных композиционных материалов на основе промышленных железных порошков разной степени легирования и условий консолидации при однократном прессовании, спекании, дополнительной термообработке позволяют заключить следующее:

- достигнута цель работы - создан оригинальный метод компьютерного конструирования структуры композиционных материалов, в основе которого лежит математическая и графическая интерпретация на симплексных диаграммах «состав-свойства», а также система оценок (шкала желательности) совокупности характеристик, обеспечивающих получение требуемого комплекса физических и механических свойств проектируемых материалов;

- на основе комплексных металлофизических исследований структуры и свойств низкопористых композиционных материалов, полученных однократным прессованием и спеканием, сформирован банк данных (библиотека) вариантов их структурной организации в зависимости от структурообразующих факторов в широком диапазоне значений;

- подробно исследованы основные этапы предлагаемой технологии, прослежена динамика формирования макро- и микроструктуры, свойств композиционных материалов на отдельных этапах и в совокупности, смоделирован комплексный процесс консолидации и установлены возможности целенаправленного дозированного воздействия с целью достижения желаемых свойств;

- разработаны рекомендации по получению машиностроительных изделий разработанным методом, обеспечивающим требуемый уровень механических и функциональных свойств: проведены лабораторные и промышленные испытания разработанных композиционных материалов на основе промышленных железных порошков с 0,5% графита (спеченные стали) широкой номенклатуры конструкционных изделий повышенной плотности и прочности : шестерни, блоки зубчатых колёс, муфты переключения и др. с гарантированно достижимыми показателями: плотность 7,1-7,2 кг/см3, твердость НУ -120, у прочность на изгиб 750 МПа, ударная вязкость 30 Дж/см ; испытаны и переданы для использования при создании электротехнических элементов (статоры и роторы электродвигателей малой мощности для бытовой техники, полюсные наконечники, магнитопроводы ) композиционные магнитно-мягкие материалы с высоким уровнем функциональных свойств: потери на перемагничивание 3-4 Вт/кг против 8-12 Вт/кг у аналогов, снижение эквивалентной массы элементов на 10%.

- для реализации разработанной математической модели конструирования структуры и свойств материала созданы и использованы два объекта интеллектуальной собственности, зарегистрированные в реестре Роспатента-ФИПС: №2005611223 «Проектирование многокомпонентных порошковых материалов по симплекс-диаграммам и оптимизация их свойств», №2005611224 «Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам "состав-свойство" По итогам работы можно сделать следующие выводы:

2. Эмпирико-статистическим анализом результатов формирования структуры и свойств получаемых композиционных материалов показано, что варьирование параметрами консолидации (давление прессования 250.700МПа, температура спекания 1120.1300°С) и степени легирования (+ 1,5.15,0%Си) позволяет достичь степени компактности структуры материала 91-93% (пористость 7-9%), что делает его конкурентоспособным традиционным компактным материалам .

• структурное влияние на свойства может регулироваться параметрами консолидации и последующей термообработки композита.

5. Исследования различных функциональных свойств Ре-Си-композита в зависимости от содержания меди позволило определить оптимальный уровень добавок Си и объяснить механизмы их влияния на свойства, обусловленные различным сочетанием эвтектоида (а+в)-Си, первичных и вторичных высокомедистых фаз (врСи, 82-Си), а также конфигурацией последних. Так, например, экспериментально показано, что оптимальным уровнем легирования для повышения прочностных свойств композита является «5%Си, что увеличивает его твердость и прочность на изгиб на 4060%.

Библиография Краснобаев, Александр Гелиевич, диссертация по теме Материаловедение (по отраслям)

1. «Новые материалы». Подпрограмма н.-т. прогр. Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники»//Тез. докл. отчетп. конф. Минобр.РФ, М., 2001, 134 с. (Здесь: тез.докл. по проекту ДГТУ, с.71-73 ).

2. Подпрограмма «Новые материалы» в 2001 г. п.-т. программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники»// М., МИСиС, 2002, 58 с.

3. Карабасов Ю.С. Научные исследования высшей школы в области новых материалов// В 2. с. 1-2.

4. Анциферов В.Н. Функциональные порошковые материалы. Представление проектов раздела 05// В 2. с. -25-31.

5. Функциональные порошковые материалы // Сб. ст. по проектам раздела 05 подпрограммы 202 «Новые материалы» Минобразования РФ за 2004 г. Вып.2. Пермь, 2004, 90 с.с ил.

6. Новые материалы и технологии // Матер.докл.б-й Межд. н.-т. конф. 6-7 апр. 2004. БелГНТК ПМ НАН Беларусь, Минск, 2004. -364 с. с ил.

7. Sintered Steels. РМ Tool Materials. Conf. Proc. Vol.3. 825 P. Powder Metallurgy-2004.World Congress &Exhibition. Vienna. Proceedings. EPMA, Vol.3. 2004, CD-Rom.

8. Salak A. Ferrous Powder Metallurgy. Cambridge, 1995, 460 P.

9. Schatt W., Wieters K-P. Powder Metallurgy. Processing and Materials. EPMA, Shrewsbury, 1997,492 P.

10. Materials Information Society. Handbook ASMI. Powder Metallurgy. Vol.7. 9-10th Edition , N.-Y. 2002, 1230 PP.

11. Euro PM2003 Congress&Exhibition . Valencia, Spain. October20-22-nd. 2003. CD-Rom.13. 15-th Plansee Scminar-2001.Reute, Tirol, Austria. Proceedings. Vol. 1-4. CD-Rom by Plansee AG. 2001.

12. Новые перспективные материалы и технологии их получения// Сб.тр. Межд. конф. Т.1 «Наноматериалы и технологии», «Порошковая металлургия». РПК «Политехник», Волгоград, 2004, 268 с.с ил.

13. Проблемы современных материалов и технологий. Отв. ред. акад. В.Н.Анциферов. Вестник ПГТУ, №9. Пермь,2003.- 149 с.

14. Порошковые и композиционные материалы. Структура, свойства и технологии получения //Материалы Межд.н.-т.конф.г.Новочеркасск. ЮРГТУ(НПИ), 2002. -172 с.

15. Энциклопедия неорганических материалов . В 2-х т. Укр.сов.энц-я, К., 1977. Т.1, 840 с. Т.2, 816 с.

16. Технология получения и применения порошковых и композиционных функциональных материалов //Сб.тр. межд. н.-т.конф. под.ред. проф. Люлько В.Г. Экспо-Цептр, Ростов-н/Д., 2003, 258 с. с ил.

17. Конструкционные материалы. Справочник под ред Б.Н.Арзамасова.-М.:Машиностроение, 1990.-688 с.;ил.

18. Авдеев Н.В., Масюто О.В. Классификация и маркировка материалов //В 16 ., с. 97-98.

19. Порошковая металлургия и напыленные покрытая./ / Авт. В. Н.Анциферов, Г. В. Бобров, Л.К.Дружинин и др. Отв.ред. Б.С.Митин. М.; Металлургия, 1987, 792 с. с ил.

20. Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий// Ю.Г.Дорофеев, Б.Г.Гасанов, В.Ю.Дорофеев и др.-М.; Металлургия, 1990. 206 с. с ил.

21. Дорофеев Ю.Г., Мариненко Л.Г., Устименко В.И. Конструкционные порошковые материалы и изделия . -М.: Металлургия, 1986. 144 с.

22. Процессы порошковой металлургии. / Либеисон Г.А., Лопатин, В.Ю., Комарницкий Г.В. -М.:МИСиС, 2001. -Т.1, 368 е., Т.2, 318 с .

23. Прогрессивные процессы порошковой металлургии//Сб.докл. межд. симпоз. при выставке «ПМ-2005» .Мине,ОД «Тонпик», 2005.-219 с.

24. Hoganas АВ. Hoganas Iron Powder Information HuB. HIPIN 99. CD - Rom. S -263, Sweden, 1999.

25. Люлько В.Г., Яигг Г., Даннингер Г. Сопоставление технологических характеристик и свойств материалов на основе железных порошков ABC 100.30 и NC 100.24. Порошковая металлургия, К.,ИПМ,1990, № 5, № 7,с. 1-7

26. Кем АЛО. Теоретические основы и технология специальных методов порошковой металлургии для изготовления изделий электронной техники. Автореф.дис.д.т.н. Новочеркасск,2003, 40 с.

27. Лякишев Н.П. Наноматериалы конструкционного назначения// См. 14., Волгоград, 2004. с. 12-13

28. Андриевский P.A. Введение в порошковую металлургию. Изд. «Илим», Фрунзе, 1988.- 175 с.

29. Скороход В.В. Физико-механические свойства пористых материалов // Сб.докл. межд.симпоз. Порошковая металлургия-77. АН УССР. К., Наукова думка, с.120-129.

30. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. -К.: Наук.думка, 1980 -404 с.

31. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. М. Карпиноса Киев: Наук, думка, 1985.-592 с.

32. Порошковые материалы на основе железа //Л.Н.Дьячкова, Л.Ф.Керженцева, Л.В.Маркова. -Минск.: «Тонпик»,2004. -228 с.

33. Анциферов В.Н.,Акименко В.Б. Спеченные легированные стали. М.: Металлургия, 1983. 88 с.

34. Получение порошковых изделий и покрытий из материалов на основе железа // Авт. Дорожкин Н.Н.,Гафо Ю.Н.Люлько В.Г. и др. БелНИИ НТИ. Минск., 1990. -68 с.

35. Порошковая металлургия сталей и сплавов //Дзнеладзе Ж.И., Щеголева Р.П., Голубева Л.С. и др. М.: Металлургия, 1978. 264 с.

36. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Металлокерамические детали в машиностроеиии,-М.: Машиностроение., 1975.- 232 с.

37. Акимепко В.Б., Буланов В.Я., Рукип В.В. и др. Железные порошки. Технология, состав, структура, свойства, экономика. М.: Наука, 1982.-264 с.

38. Акименко В.Б., Буланов В.Я., Залазинский Г.Г., Гуляев И.А. Металлургия железных и легированных порошков. Технология, состав, структура, свойства, экопомика.-М.: Металлургия, 1992. 256 с.

39. Буланов В.Я.,Ухов В.Ф. Получение железных порошков из природио-легированного сырья. Физико-химические основы.М., «Наука», 1978, 152 с.

40. Свойства порошков металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов». Ипф. справочник. Отв. ред. Федорченко И.М.-К.: «Наукова думка», 1973.-183 с.

41. Радомысельский И.Д., Напара-Волгииа С.Г. Получение легировап-пых порошков диффузионным методом. К.:Наукова думка, 1988. -218 с.

42. Гуревич Ю.Г., Буланов В.Я., Гуляев Б.А.,Фраге Н.Г. и др. Легирование железных порошков через хлоридную фазу. Свердловск : УрО АН СССР, 1991. 165 с.

43. Арсентьева И.,Губенко Б.,Гуляев И., Секачёв М. Железные порошки: практика и металловедение//Перспективные материалы, Окт.-нояб. 2002. с.93-97.

44. Арсентьева И.П, Соколова Е.А., Гуляев И.А, Секачёв М. Структурные и фазовые превращения в распыленных воздухом порошках железа// МиТОМ,2001, №11. С 20-21.

45. Шацов A.A. Механические свойства пористых материалов. МиТОМ. №12, 2003. С. 8-11.

46. Ершова И.О, Федотепкова О.Б. Влияние режимов экструзии и отжига на механические свойства порошковых сплавов.//МиТОМ.2000, №12,с. 19-21

47. Попович A.A. Механосинтез поликомпонептных порошковых материалов. Владивосток, ДвГТУ, 2003. -165 с.

48. Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичпое сращивание при формировании порошковых горячедеформированных материалов. М.: Металлургиздат, 1992. -152 с.

49. Eisen und Stahlpulver fuer die Sintertechnik/ Mannesmann Demag Huettentechnik. 5.92l.d/r 02/01.90.12 P.

50. Pulvermetallurgie. Sinter- und Verbundwerkstoffe. Herausgbr. von W.Schatt. VEB Leipzig, 1988. 600 S.

51. Mosca E. Powder Metallurgy -Criteria for Design and Inspection. SAMMA, Turin, Italia, 1984. 85 p.

52. Competitiveness of Sintered Components. Guide to Technological Alternatives. ASSINTER, Turin, 1996. 40 p.

53. Powder Metallurgy. Materials, Processes and Applications // A Product of the European Commission's leonardoda VinciProgramme. EPMa, CD-Rom, 2000.

54. Акименко В. Б., Гуляев И. А., Секачёв М. А., Торохов Г. В., Фирсов А. Н. Восстановленные железные порошки нового поколения из первородного сырья.// Сб. н. тр. конф. Ростов -на- Дону, 2001 г., стр. 93-94

55. Блиновский В.А.Физические и технологические основы методов термического упрочнения порошковых спеченных сталей. Автореф. дис.д.т.н. -Ростов-н/Д. 1999.36 с.

56. Пустовойт В.Н. Физические и технологические основы термической обработки в магнитном поле. Автореф. дис.д.т.н. Минск, ФТИ АН БССР, 1980. -36 с.

57. Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Гордин Ю.А., Олейников Д.В. Развитие научных основ и технологии термосинтеза композиционных порошков в вибрирующем слое . Вестник ДГТУ, Т.3,№3, 2003. с.362-371.

58. Бровер Г.И., Пустовойт В.Н., Бровер А.В.,Холодова С.Н. Повышение качества химических покрытий лазерным облучением //Машиностроитель, 2001, №5.-С.38 —43.

59. Степанян A.JI., Оганесян A.M., Агбаляп А.С. Исследование процессов науглероживания железного порошка в твердом карбюризаторе // Материалы Межд.и.-т.конф.г.Новочеркасск. ЮРГТУ(НПИ), 2002., с. 50-51.

60. Институт порошковой металлургии.ЦНИИЧерМет им.И.П.Бардина. 1982-2002.Юбилейный сб.ст. 2002,- 98 с.

61. Lindskog P. Personal View of the Future of Ferrous PM in Europe. Euro-PM-2003, Valencia, Proceed.Vol.l. PP.35-45

62. Light for PM at the tunnel. // Metal Powder Report, No7, July/August 2004. PP.12-14.

63. PM aims for direct competition with 'old-tech' industry. Metal Powder Report, No9, October 2004. PP.26-35.

64. Гуляев И.А. Перспективы развития производства железных и легированных порошков в России // В.Б.Акименко, И.А.Гуляев, О.Ю.Калашпикова,

65. М.А.Секачев (ИПМ ЦНИИчермет, Москва, РФ) См. 25. Доклад на пленарном заседании 30.03.2005.

66. Molins С. A Review of the РМ Industry from the European Perspective //См. в 8., Vol. 1.2004.

67. Schaeffer D. Obereviev of PM Activies in North America. // Proceedings. EPMA, Vol.1, 2004, CD-Rom.

68. Арсентьева И.П., Гуляев И.А., Секачёв М.А., Губенко Б.В.,Артемьев В.В., Войпова М.Л. Физико-химические и структурные превращения при получении восстановленных и распыленных водой порошков железа // Технология металлов, №1, 2003. с.43 -48.

69. Акименко В.Б., Гуляев И.А., Секачёв М.А., Корчагин В.О., Арсентьева И.П., Губенко Б.В. Получение восстановленных порошков железа с малой насыпной плотностью //Сталь,, №2, 2003. с.97-102.

70. Железные и стальные порошки Hoganas для производства порошковых деталей. Hoganas АВ.2004.393 с.

71. Hoganas Iron and Steel Powders for Sintered Components. Hoganas АВ/ SE-263 83 Hoganas. Sweden.2003/06.- 4 p. // www.hoganes.com

72. Atomet. Pulvermetallurgische (PM-) Produkte. QMP Metal Powders GmbH. Deutschland. 2003.-6 p.

73. Ductil IRON Powder. For a Perfect Shape. -24 c. Iron Powder for Sintered part: DP 200; DP200.25; DP200.28; DP200SD; DP200HD. -6c.Buzau. Romania. 2003. Проспекты фирмы, www.dip.ro

74. Андриевский P.A. Наноструктурные материалы. М.: Мет-я, 2004. -305 с.

75. Патент РФ 1510223. Способ получения железного порошка / Липухин Ю.В., Данилов Л.И., Пиоро Э.Ч., ОАО «СеверСталь». Заявл.03.11.87.

76. ОАО «Полема». Металлические порошки. Спеченные материалы. Прокат из тугоплавких и других металлов. Каталог. 2005. -27 с.

77. ОАО «Полема». Промышлеино-металлургический холдинг. Http://www.tulachermet.ru; www.polema .ru

78. Малофеева С.А. Свойства рафинированных и частично-легированных железных порошков из новых источников сырья для производства высококачественных порошковых изделий//Автореф. дис.к.т.п., Новочеркасск, 2004. -16 с.

79. Порошковая металлургия: Энциклопедия международных стандартов.-М.:ИПК Изд-во стандартов. // Авт. Фомина О.Н., Суворова С.Н., Турецкий Я.М. Отв. Ред. Проф. Королев Ю.М. 1999. 312 с.

80. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справ-к. Ред. И.М.Федорченко.-К., Наук.думка. 1985.-624 с.

81. Gierl С., Danninger Н., Jha S. Nanosize Mo as an Alloying Additive to Sintered Structural Steel. //PM-2004.World Congress. Vienna, Ses. 11. 2004. Proc. Vol.3

82. H. Danninger, C. Gierl .Processes in PM steel compacts during the initial stages of sintering", Materials Chemistry and Physics 67 (2001) pp: 49,50.

83. Краснобаев А., Даннингер Г., Люлько В.Г., Кудряков О. Анализ тонкой структуры спеченных порошковых материалов по электронно-микроскопическим изображениям // Матер.; Межд. копф.

84. Качество,стандартизация . в Ялте. ИСМ. Киев. 2004. с. 74-79

85. W.Brian James, F.J.Semel, F.G.Hanejko et.al . Hoeganaes Corporation Leading the Bonding Revolution /Metal Powder Report, October 2003. A special supplement. -14 P.

86. EPMA 2004 "Distinguished Service Awards"// См.8. Vienna, PM-World Congress . 18 Oct. 2004.//CD-Video: Umicore-Miba-Hitachi-Sintertech

87. Soft Magnetic Composite Technology. SMC-Update. Hoganas AB. Sweden. No2,2003. -8P. Nol, 2005. -4P.

88. Somaloy™ 500. SMC 01.Hoganas AB. Sweden.,2003. -12P.

89. A.c. (СССР) №784986 Способ обработки порошка/ Люлько В.Г., Краспиченко Л.В., Кишко В.Д. и Литвинеико В.И. Опубл. 07.12.80, БИ №4,1980.

90. Патент РФ № 2122924// Афанасьев А.Ф Люлько В.Г.,Некрасов Д.В. и др. Способ получения металлизированной шихты.Б.И. №45, 1999.

91. А.с. (СССР) №1046018 Установка для термообработки дисперсных материалов / Люлько В.Г., Красниченко Л.В., Кишко В.Д. и др. Опубл. 07.10.83, БИ №37, 1983.

92. Люлько В.Г., Краснобаев А.Г., Хлебупов С.А . и др.Развитие метода термосинтеза в вибрирующем слое композиционных порошков с наноразмериыми эффектами // См. 25. с. 111 -116.

93. Люлько В.Г.,Краснобаев А.Г., Жмайлов Б.Б.,Хлебунов С.А. и др. Совершенствование графо-аиалитического метода комплексного анализа порошковых материалов по симплексным поликомпонентным диаграммам // См. 25. с.215-216.

94. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. М.: Металлургия, 1991. -205 с.

95. Metallographic Etching. 2-nd Ed. G. Petzow, ASM Inter., 1999, 240 p.

96. Членов B.A., Михайлов H.B. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972. 344 с

97. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. Пер. с англ., М.: Техносфера, 2004, 377 с.

98. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Пер. с англ., М.: Мир, 1984, кн. 1,2.

99. Wells О.С. Scanning electron microscopy. McGraw-Hill, New York, 1974.

100. H.Scheffe. Experiments with Mixtures. J.Roy. Sttist. Soc., 1958, Ser.B, 20, N 2, 344, 1964, Ser.B, 25, N3,443

101. Новик Ф.С. Планирование эксперимента на симплексе при изучении металлических систем. М.: Металлургия, 1985, 255с.

102. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.Б. Оптимальное планирование экспериментов. М., Наука, 1975. -320 с.с ил

103. Зедгепидзе И.Г. Планирование экспериментов при исследовании мультикомпонентных систем. М., 1975. -398 с.с.ил.

104. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. -М.: Металлургия, 1972. -336 с.

105. Скороход В.В.Реологические основы теории спекания. -К., Наукова думка. 1972.-151 с.

106. Ивепсен В.А.Феноменология спекания и некоторые вопросы теории. М.: Металлургия, 1985. -247 е.

107. Федорченко И.М., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии. К.: АНУ, 1963. ^20 с.

108. Mamedov А.Т., Mamedov V.A. New technological approach to fabrication of high density PM parts by cold pressing sintering. // PM, 2004, Vol. 47, No.3, PP.278-284.

109. Khraisat W., Nyborg L. Liquid phase sintering of Ferrous Powder by carbon and Phosphorus Control. PM, 2003, Vol. 46, No.3, PP. 265-276.

110. Combronero L.E.G., Fernandez C., Torralba J.M. et al. Influence of Powders on Final Properties and Microstructure of Sintered Molybdenum Steels. PM, 1994, Vol. 37, No.l, PP.53-56.

111. Ortiz P., Castro F. Thermodynamic and experimental study of role of sintering atmospheres and graphite additions on oxide reduction in Astaloy CrM powder compacts //PM, 2004, Vol. 47, No.3, PP.291-298.

112. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, ► 1978.-392 с.

113. Бериштейн M.JL, Куцер М.Я., Платова С.Н., Своятыцкий В.Б. Вязкость разрушения спеченных материалов // Сб.ст.Порошковая металлургия, Минск. Вып.1,1977. с.100-107.

114. Шлессар М., Бестерци М., Дудрова Э.// Порошковая металлургия, 1982, №7, с.100-105

115. Danninger Н. Powder Metallurgy Research Institutions in Austria // PM, 2004, Vol. 47, No.3, PP.216-220

116. Fractographia/ Fraktografia-2000. Stara Lesna.Slovakia. 2000. -451 P. (pp.42, 152,160, 174, 446)

117. Pulvermetallurgie, Sinter- und Verbundwerkstoffe / Hrsg.von Werner Schatt. -3.• durchges.Aufl. VED. Leipzig. 1988.- 600S.

118. Jangg G., Drozda M., Danninger H. and Nad R.E. Powder Metallurgy Inter. 1983, Nol 1, PP.173-176

119. Bucki J.J., Rozniatowski K., Kurzydlowski K.J. Quantitative Description of the Microstructure of Sintered Materials // 15-th Plansee Seminar-2001.Reute, Tirol, Austria. Proceedings. Vol.4, 2001. PP.147-160

120. Левипский Ю.В. О термодинамически обоснованном критерии дисперсности металлических порошков // Материаловедение, 2003, №7, с. 74-76

121. Ж. «Материаловедение», 2004, №4, с.52-54,55-56 (дискуссия проф. Шоршорова М.Х. и проф. Левинского Ю.В. по 125.)

122. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. -М.: Металлургия, 1970. 279 с.

123. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. М.: МИСиС. 1998. -400 с.

124. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов.-М.:1. Металлургия, 1985. -256е.

125. ЛифшицБ.Г., Крапошин B.C., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1980. 367 с.

126. Zhang Z., Frisk K., Sal wen A., Sandstrom R. Mechanical properties of Fe-Mo-Mn-Si-C sintered Steels// PM, 2004, Vol. 47, No.3, PP.239-246.

127. Simchi A.,.Danninger H. Weiss B. Microstructural Modeling of Electrical Conductivity and Mechanical Properties of Sintered Ferrous Materials// Powder Metallurgy , 2000, Vol. 43, No.3 , pp: 219-227.

128. Are we closing in on full density PM ? // PM, 2004, Vol. 47, No.3, PP.230-231.

129. Краснобаев А.Г. Отработка методики и результаты исследований уплотняемости и плотности после спекания порошковых материалов // Матер. Межд. семинар. "Современные проблемы подготовки производства ." Свалява-Киев, 2005, с.71 -74.

130. Люлько В.Г., Краснобаев А.Г., Иванова А.А. Маслюк В.А., Панасюк О.А. Влияние состава и технологических факторов на магнитные параметры магнитопроводов на основе железа // Матер.Межд.конф. Ялта-Киев, 2005.4с.

131. Harvig Н., Kirchner G., Hillert М. Metal. Trans., 1972, v.3, №1, p. 329-332.

132. Salje G., Feller-Kniepmetier M. Z. Metallkde, 1978, Bd. 69, №3, p. 167-169.

133. Бочвар А.А, Екатова A.C., Панченко Е.В., Сидохин Ю.Ф. ДАН СССР, 1967, т. 174, №4, с. 863-864.

134. Smith J.F., Bailey D.M. U.S. Dep. Commer. Nat. Bur. Stand. Spec. Publ., 1978, №496/2, p. 1027-1046.

135. Kaufman L. CALPHAD, 1978, v.2., №2, p. 117-146.

136. Lindguist P., Uhrenius A. CALPHAD, 1980, v.4., №3, p. 193-200.

Похожие работы

Машиностроение и машиноведение
05.02.00