автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Структура и свойства антифрикционных материалов на основе железо-серных микрокомпозитов

На правах рукописи

УДК 669.018.6: 621.762.2/5 (043.4)

ц

ХЛЕБУНОВ Сергей Анатольевич

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗО-СЕРНЫХ МИКРОКОМПОЗИТОВ

Специальность: 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2007

003068256

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

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЛЮЛЬКО Валерий Григорьевич

доктор технических наук, профессор БРОВЕР Галина Ивановна

кандидат технических наук, доцент СИМОНЕНКО Александр Николаевич

Ведущее предприятие:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС), г.Ростов-на-Дону.

Защита состоится «15» мая 2007 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д 212. 058. 01 по защите диссертаций на соискание учёной степени в Донском государственном техническом университете (ДГТУ), по адресу: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета.

10

Автореферат разослан «|V> » апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент "f А.И.Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание'и эффективное использование новых и модифицируемых материалов, технологических приемов их получения и управления функциональными свойствами - неизменно актуально, поскольку обусловлено требованием материального производства вне зависимости от экономической ситуации. Повышенный интерес исследователей и практиков к этой проблематике, важность которой неизменно подтверждается формированием соответствующих государственных научно-технических программ и заданий вполне оправдан по причине несомненных экономических преимуществ применения таких материалов. Выигрышными примерами прогрессивных материалов настоящего периода развития науки и техники являются металлокомпозиты, градиентные, слоистые и т.п. конструкции, среди которых значимое место занимают порошковые композиционные материалы для машиностроения, в частности антифрикционные и конструкционные.

Научные и технологические аспекты материаловедения композитов разного происхождения и вида постоянно находятся в центре внимания ведущих организаций и видных ученых в этой области, среди которых могут быть названы Андриевский P.A., Анциферов В.Н., Богодухов Е.П., Буланов В.Я., Гуревич Ю.Г., Дорофеев В.Ю. и Дорофеев Ю.Г., Евдокимов Ю.А., Заболотный A.B., Колесников В.И., Костиков В.И., Левинский Ю.В., Логинов В.Т., Лякишев Н.П., Мельников В.Г., Набойченко С.С., Пустовойт В.Н., Роман О.В., Савицкий A.n., Скороход В.В., Трыков Ю.П., Федорченко И.М. и др. Значимым позитивным фактором, расширяющим перечень достоинств технологии композиционных материалов из порошков, является возможность использования относительно дешевых источников сырья (например, низкосортные серийные порошки железа, меди, отходы химпроизводства) для изготовления изделий с приемлемыми потребительскими характеристиками. Эта технология открывает неограниченные возможности для создания материалов, обеспечивающих надежную работу узлов трения в самых разнообразных условиях: при больших нагрузках, высоких температурах и скоростях трения, в коррозионных и абразивных средах и т. п., позволяет создавать «индивидуальный» материал для конкретного объекта. Таким образом, объективно создаются предпосылки обеспечения экономически обоснованного срока службы узла трения равного сроку службы механизма в целом.'

Дальнейшие успехи в создании новых антифрикционных материалов и обеспечении оптимальных условий их эксплуатации зависят от достаточно четкого понимания механизмов структурообразования и формирования необходимых свойств - микрофазной структуры на поверхности и в объеме материала, плотности,- пористости, несущей способности, при-

рабатываемости, а также прочности, пластичности, износостойкости и т.п.

Антифрикционные материалы общемашиностроительного назначения на основе железных и стальных порошков нашли широкое применение в различных узлах машин и механизмов, работающих в условиях ограниченной смазки или ее полного отсутствия. Такие условия эксплуатации характерны не только для ряда открытых узлов, например зерноуборочного комбайна (коленвал соломотряса, привод элеватора подачи зерна в бункер и др.), но также и для ряда аппаратов пищевого производства, где в качестве естественной смазки выступает сама пищевая среда (вода, молоко, растворы) и применение традиционной консистентной или жидкой смазки проблематично. Введение в состав композиционного порошкового материала антифрикционных присадок - графита, дисульфида молибдена, серы, и т. п. сухих смазок - позволяет расширить области практического использования этих материалов для разнообразных условий эксплуатации.

Одним из эффективных средств против заедания является сульфи-дирование, при котором повышению износостойкости способствует возникновение тонкой сульфидной пленки на поверхности трения. Однако, несмотря на достаточно длительный период применения этих порошковых материалов, методы их получения и формирования благоприятных микро- и макроструктуры для разных условий эксплуатации и резерв их функциональных свойств далеко не исчерпаны. Представляет определенный интерес рассмотрение влияния сульфидирования на свойства готовых антифрикционных материалов и изделий, изготовленных на основе серийных железных порошков, каждая частица которых представляет собой после соответствующей химико-термической обработки (ХТО) микрокомпозит системы <Ре-Б-0>, имеющий субмикронные и нано-метрические подкомпоненты, равномерно распределённые в железной матрице. При этом одним из направлений оптимизации свойств таких материалов может стать устранение известного противоречия, состоящего:

- в необходимости количественного роста вводимой в состав материала серы для улучшения собственно триботехнических характеристик;

- в необходимости строгого контроля формирования сульфидных микрогетерогенных структур в виде пленки или сетки (непрерывной, локальной), переизбыток которых разупрочняет матричную структуру и снижает несущую способность материала;

На разрешение данного противоречия и направлены выполненные исследования.

Представленные исследования выполнены в Донском государственном техническом университете (ДГТУ, г. Ростов-на-Дону) в соответствии с планами НИР по выполнению заданий подпрограммы «Новые материа-

лы» науч.-техн. прогр. Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» по разделу «Функциональные порошковые материалы» (проект 202.05.01.026) за 2001-2004 г.г.; планами госбюджетных (тема ЕЗН 1.02.6) и хоздоговорных НИР (хоз./дог. № 58.00, 2006 г.) «Предприятия «Синтез» при ДГТУ, отдельные исследования структуры и физико-технологических свойств материалов выполнены в специализированных лабораториях ДГТУ, а также Институте физики твердого тела РАН (п. Черноголовка, Московской обл.), Центральной заводской лабораории (ЦЗЛ) ОАО «Ростсельмаш», г. Ростов-на-Дону.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель диссертационной работы: выявление закономерностей формирования химического и фазового состава подшипниковых материалов на основе микрокомпозитов железа и сталей с ультрадисперсными (субмикронными и нанометрическими) подкомпонентами - присадками серы для создания эффективных антифрикционных изделий узлов трения машин и механизмов.

Задачи: 1) разработать способ химико-термической обработки (сульфидирования) серийного железного порошка как матричной основы (микрокомпозитов) антифрикционных и конструкционных материалов;

2) разработать специализированное термическое оборудование (установки с вибрирующим слоем и специальные приспособления) для химико-термической обработки матричных порошков и получения микрокомпозитов <Ре-5-0>;

3) выявить кинетические и физико-химические закономерности гетерофазного насыщения серой железной матрицы для создания микрокомпозитов разных составов и свойств, создать математические модели и оптимизировать технологические параметры химико-термической обработки и получения материалов с заданными свойствами; 4) провести комплексное исследование составов, структуры и функциональных свойств композиционных материалов на основе железо-серных микрокомпозитов, исследовать некоторые трибологические характеристики антифрикционных материалов; разработать принципиальную схему проектирования требуемого композиционного материала определенного состава по симплексным диаграммам «состав-свойство» тройной системы компонентов «железо-сера-графит»;

5) получить опытные партии железо-серных микрокомпозитов заданных составов и свойств; изготовить на их основе антифрикционные подшипниковые изделия и провести их опытно-промышленную апробацию.

Научная новизна

- получен модифицированный антифрикционный композиционный материал на основе микрокомпозитов «железо-сера», получаемых кратковременной (10-20 мин.) химико-термической обработкой в вибрирующем слое (ХТО-ВС), обеспечивающий формирование благоприятных гомогенно распределенных ультрадисперсных (субмикронных и нанометри-ческих) фаз подкомпонентов в железной матрице;

- обеспечена математическая и графическая интерпретация прогнозных и экспериментальных результатов на симплексных диаграммах «состав-свойство», представляющих собой концентрационный треугольник изоуровней функциональных характеристик, для чего разработан и апробирован оригинальный метод компьютерного конструирования композиционных материалов тройной системы <Ре-Б-С>;

- сформирован банк данных типовых вариантов технологии и достигаемых свойств микрокомпозитов <Ре-5-0> после ХТО-ВС и композиционных антифрикционных и конструкционных материалов системы <Ре-Б-С> в зависимости от качества исходного сырья, технологических параметров переработки в широком диапазоне их значений;

- создан оригинальный зарегистрированный программный продукт и предложена схема многовариантного решения прикладных конкретных задач по подбору состава и обеспечению требуемых свойств антифрикционных материалов на основе микрокомпозитов железа.

Практическая ценность. Выработаны рекомендации по организации производства антифрикционных изделий разного назначения разработанным методом, обеспечивающим требуемый уровень структурных, механических и функциональных свойств:

- создана лабораторная и опытно-промышленная установка (производительность до 10 кг/час) химико-термической обработки серийных промышленных железных порошков и получения железо-серных микрокомпозитов (0,2-1,0 % Б) в вибрирующем слое (ХТО-ВС). Установлены температурные (300-500°С) и временные параметры 0,1-1,0 час и более) ХТО-ВС, обеспечивающие её многовариантность;

- проведены лабораторные и промышленные испытания разработанных композиционных материалов на основе макрокомпозитов <Ре-Б-0> с 0,3-1,5 % графита (спеченные материалы, псевдосплавы) широкой номенклатуры, высокой несущей способности и повышенной (30-80 %) износостойкости: подшипниковые втулки-вкладыши электроагрегатов, подпятники и опорные втулки поворотных металлоконструкций, втулка-направляющая («глазок») жатки зерноуборочного комбайна, сменные вкладыши металлорежущего станка «механическая ножовка», успешно работающие на условиях самосмазывания в режиме сухого трения и агрессивного воздействия.

- создан и успешно апробирован объект интеллектуальной собственности, зарегистрированный . в реестре Роспатента-ФИПС: №2005611224 «Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам «состав-свойство», по которому заключено лицензионное соглашение на использование.

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

- Надежность машин и технологического оборудования // Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов н/Д (1994 г.);

- Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии // Междунар. конф, - Киев (1997 г.);

Актуальные проблемы химии и химической технологии «Химия-99» (осенняя сессия) // II Междунар. науч.-техн. конф. - Иваново (1999 г.);

- Technologia'99 // 6-th Intern, conf. - Bratislava (1999 г.);

- Прогрессивные технологии в машиностроении «Технология-2000» // 15-я ежегодн. Междунар. науч.-техн. конф. - Одесса-Киев (2000 г.);

- Materials and coatings for extrime environments perform-ance:Investigations,applications,ecologically safe technologies for their production and utilization // Abstr. Intern. Conf. - Кацивели (2000 г.);

- Инженерия поверхности и реновация изделий // 3-я Междунар. науч.-техн. конф. - Ялта-Киев (2003 г.);

- Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства // Междунар. конф. - Волгоград (2003 г.);

- Технологии получения и применения порошковых и композиционных функциональных материалов. Информационные технологии для интеграции образования и промышленности // науч.-техн. конф. и науч,-практ. семинар - Ростов н/Д (2003 г.);

- Технологическое управление качеством поверхности деталей машин // Междунар. науч. конф. - Киев (2003 г.);

- Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении // 4-й Междунар. науч.-техн. семинар - Свалява-Киев (2004 г.);

- Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка // б-я Междунар. науч.- техн. конф. - Минск (2004 г.);

- Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий, металлобработки и порошковой металлур-

гии. Информационные технологии в интеграции науки, образования и производства // науч.-техн. конф. и науч.-практ. семинар - Ростов н/Д (2004 г.);

- Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях // 1-й Пром. междунар. науч. -техн. конф., п.Славское, 23-26 февр.- Киев, 2005

- Прогрессивные процессы порошковой металлургии // Междунар. науч.-техн. симп. в рамках 10-й межд. выставки «Порошковая металлур-гия-2005» - Минск (2005 г.);

- Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении // 5-й Междунар. науч.-техн, семинар - Свалява-Киев (2005 г.);

- Инженерия поверхности и реновация изделий // 5-я Междунар. науч.-техн. конф. - Ялта-Киев (2005 г.);

- Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении. Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и образовании // науч.-техн. конф - Ростов н/Д (2005

г.);

- Современные проблемы машиноведения и высоких технологий // Междунар. науч.-техн. конф. посвящ. 75-летию ДГТУ - Ростов н/Д (2005

г.);

- Современные тенденции развития металлургической, машиностроительной и стакоинструментальной промышленности // Промш. конгр. юга России и межд. спец. выставка «Метмаш. Станкоинструмент-2006» - Ростов н/Д (2006 г.);

- Ежегодн. научн.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава ДГТУ (1994-2006 г.г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе одна в реферируемом издании.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений; содержит 163 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 11 таблиц, список литературы (150 наименований) и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Показана актуальность решаемых научно-технических задач, отражены основные направления развития, объекты, цель и задачи исследований.

В первой главе_приведён анализ результатов исследований по указанному направлению за последние 15-20 лет. Показано, что композици-

онные материалы на основе железных порошков разных составов и свойств занимают ведущее положение при производстве конструкционных и антифрикционных элементов машин и оборудования. Широкие возможности композиционирования за счет введения легирующих компонентов (в частности твердых смазок и сплавообразующих металлоидов - графита, серы, фосфора) значительно расширяют конкурентные возможности спеченных материалов не только в замене компактных, но и создании уникальных функциональных изделий для машиностроения. При этом все большее значение имеют порошки-сплавы, порошки-микрокомпозиты, «связанные» премиксы, индивидуальный состав которых предопределяет свойства будущих материалов с повышенным уровнем технико-экономических характеристик.

Во второй главе дана характеристики состояния используемых материалов и их подготовки, исследовательского оборудования, описаны методики проведения экспериментов и анализа свойств, математической обработки результатов.

В качестве исходного матричного материала выбраны железные порошки разного качества: восстановленный ПЖВ4.160.24 и распыленный ПЖРВЗ.200.26 ЗАО «СтаКС» (Сулинского металлургического завода, г. Кр. Сулин Ростовской обл.) и «СеверСтальТяжМаш» (г. Череповец). А для сравнения - смесевые железо-серные порошки зарубежного производства (БЫС 100.24 - шведской фирмы «Хёганес» и УУРЬББО европейского (Германия) филиала канадской фирмы С?МР.

В качестве легирующей присадки использована собственно сера и аммиачная соль серы (возгонка и пиролиз продуктов).

Приемы и оборудование ХТО-ВС (сульфидирования) и получения микрокомпозитов системы <Ре-Б>. Технология химико-термической обработки в вибрирующем слое (ХТО-ВС) и оригинальное оборудование для её реализации разработаны в лаборатории порошковой металлургии Донского Государственного Технического Университета. Суть метода состоит в наложении на порошок-основу (в данном случае, железный), помещенный в нагретый контейнер (реактор), низкочастотных вибраций (частота о = 25-33 Гц, амплитуда колебаний А= 0,5-5 мм), переводящих стационарный, неподвижный слой в его псевдокипящее состояние - вибрирующий (аиброкипящий, виброфонтанирующий) слой. Для реализации вышеизложенных принципов разработана и изготовлена экспериментальная установка, использующая принцип порционной обработки материала с неограниченным периодом времени обработки (рис.1).

3 - вибрирующая рама; 4 - опорные режимы; 5, 6 - основание с демпфирующими опорами; 7 - вибратор; 8-10 - привод; 12-16 - печь возгонки серы и подачи в реактор газа; 17 - контрольно-регистрирующий блок

Суть и механизм протекания Х10-ВС определяется как процесс газофазного насыщения твердого реагента (железа) в режиме гетерогенно-каталитических реакций и твердофазных превращений матричного продукта на первом этапе и возможного диффузионного закрепления подкомпонента в дальнейшем при спекании и/или термообработке. Легирующий элемент, в данном случае - сера, находится в тигле (12) в герметично закрытой электропечи (13), которая разогревается до температуры немного выше кипения серы (Т 450-460°С). После начала кипения, из баллона (14) по газопроводу (15) в печь подается с неэольшим избыточным давлением газ (азот или любой инертный газ, образуются смеси Аг-5 или N2-5), который по газопроводу (16) вносит пары серы в виброкиля щий слой разогретого железного порошка, где они реагируют между собой,

Исследование физических и механических свойств - структуры, микрорельефа и морфологии поверхности частиц-микрокомпозитов, микротеердосги и твёрдости, плотности прессовки и спеченных материа-

лов, прочностных характеристик, обрабатываемости резанием (точение и сверление) и др. проводилось по традиционным методикам материаловедения и технологии конструкционных материалов, как правило, на универсальном оборудовании. Электронная микроскопия осуществлялась на современном оборудовании: УЭМВ-ЮОК и сканирующем электронном микроскопе с приставкой для микроанализа и препарированием объектов ионным нанесением углерода и золота на их поверхность с помощью вакуумного ионизатора ВУП-2К и обеспечением соответствующими характеристическими излучениями.

Триботехнические характеристики (износ, износостойкость, коэффициент трения) определялись в ходе тестовых испытаний на специализированной лабораторной машине трения .по схеме «диск - пальчиковый образец» в режиме сухого трения.

Построение математических моделей и комплексной оценки свойств микрокомпозитов и материалов на их основе. Для совмещения в одном эксперименте решений задач как построения и анализа симплексных диаграмм, так и использования традиционных методов математического моделирования и математической статистики, эксперимент планировался по схеме, приведенной на рис. 2, включающее полный перебор вариантов составов композитов (15 узловых точек).

1,

Ю ¡025 ШЮ ¡6775 Щ

98,6 98,9 99,2 99,5 99,8

>

Х1 (Яе, %)

Рис. 2. Вид симплексной диаграммы «состав-свойство», определяющей ход проектирования и исследования свойств композиционных материалов «железо-сера-графит»

Для проектных диагностических решений использовалась оригинальная компьютерная программа для ЭВМ по свид. № 2005611224 «Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам «состав-свойство», обеспечивающая расчет по сотням тысяч точек и построением непрерывных изолиний равного выхода откликов свойств. Также для статистической обработки полученных в эксперименте значений варьируемых входных (факторов) и контролируемых выходных (откликов) переменных, получения искомых математических моделей (ММ) и их информационной оценки использовался пакет MathCAD версии 6.0, рассчитанный на работу под управлением операционной системы Windows XT. Статистические расчеты в пакете поддерживаются мощной библиотекой статистических функций и операторов, обеспечивающих полный анализ требуемых значений.

Для реализации расчетов и оценок ошибок в определении триботех-нических характеристик и показателей была использована модернизированная программа FRICTION.PAS. В качестве алгоритмического языка выбран PASCAL. Программа выполнена в модульном виде, т.е. в процессе её работы идет обращение к различным процедурам, необходимым для решения требуемой задачи.

Адекватность полученных математических моделей оценивалась методами математической статистики как «вручную» (критерии Фишера, Стьюдента), так и в автоматическом режиме созданной программы.

В третьей главе раскрываются теоретические предпосылки и указываются возможности кратковременной химико-термической обработки матричных порошков железа с получением гомогенных микрокомпозитов <Fe-S>. Основываясь на современной теории автокаталитических гетерогенных реакций «газ - твердое тело», указаны основные стадии ХТО для такого процесса во взвешенном состоянии (вибрирующий слой) базового материала - железа. Исследована кинетика поверхностного насыщения (сульфидирования) исходного порошка и определены режимы и основные рабочие параметры (рис. 3).

Изначально для определения области рабочих параметров, в частности, температуры (t,°C; Т,К) химико-термической обработки рассмотрено взаимодействие серы с железом и влияние ее на структуру материала в соответствии с диаграммой состояния двойной системы «Fe-S».

Кинетика процесса сульфидирования железного порошка ПЖВ4.160.24 из сульфата аммония и элементарной серы представлена изменением содержания «S» и степени насыщения (а) от времени процесса (т). Определив кажущуюся энергию активации - Е = 2639 кал/моль (11031 дж/моль) и предэкспонентальный множитель ко по уравнению Аррениуса,

¥

Э, %

а=

Е =

4(575Д1 %к

= 2639кал! моль

0,5 0.6

0.3 0.4

1-(1 -а/1 =0,123ехр(-^^)т

Л

О ! 0.2

Т^ОО; 0,8 = 15 МИН

Тзоо; 0,5 = 12 мин

Рис. 3. Кинетика и режимы химико-термической обработки для получения частиц-микрокомпозитов системы «Ре - Б»

выявив однородность результатов для 10%-го уровня значимости, выведено общее кинетическое уравнение ХТО-ВС, позволяющее определить рабочее время (Т) при разных температурах (см. рис. 3):

Характер кинетических зависимостей осаждения серы во многом типичен для процессов «насыщения»: процесс протекает в т.н. кинетическом (химическом) режиме (небольшая энергия активации), является термоактивируемы, что указывает на возможность дальнейшего повышения рабочей температуры (но ограничительным фактором является спекание порошка), но затухающим во времени: степень насыщения (превращения) асимптотически приближается к максимальной степени насыщения от спрогнозированной (а->1).

Комплексное исследование формирования структуры и свойств полученных микрокомпозитов и спеченных материалов представлено в гл. 4, но предварительно стоит отметить, что экспресс-анализ технологических свойств (как, например, прессуемости - ур = $ (Р) показывает, что их формирование определяется в основном долей осаждаемого компонента, который распределяется по поверхности частиц в виде отдельных включений и пятен или почти сплошной поверхностной оболочкой (рис. 4), что, априори, является хорошей предпосылкой использования таких микрокомпозитов для проектирования и изготовления антифрикционных материалов.

1/ 2639

1 - (1 -ауу ~ 0,123ехр(--——)-г.

(1)

В четвёртой главе раскрываются результаты исследования условий формирования микроструктуры и свойств м и кро композите в (<Ре-5-0>) и спеченных композиционных материалов на их основе с присадками графита (0,5-1,5 %) (система <Ре-5-С>).

Базируясь на условиях применимости традиционных условий переработки микрокомпозитов в спеченные материалы 15-20-ти %-ной пористости (давление прессования 4-6 т/см2, температура спекания 1000-1100°С; дополнительной обработка - пропитка, минимальная мехобработка) проанализировано формирование наиболее важных свойств микрокомпозитов.

Рис.4. Распределение серы по сечению частицы микрокомпозита <Ре-5>

Композиционность (химический состав по сере 0,2-1,0 % и кислороду - 0,2-0,4 %) надежно и воспроизводимо обеспечивается выявленной кинетикой процесса ХТО-БС (см, рис.3). Особо стоит отметить высокую однородность распределения серы по поверхности и сечению индивидуальных частиц железа (см. рис. 4). Это обеспечивает в дальнейшем увеличение площади контакта в прессовке между железом и серой и способ-

ствует более полному и быстрому растворению серы в железе при спекании и формированию благоприятной гомогенной структуры.

Важнейшей технологической характеристикой является прессуе-мость, а именно ее составляющая уплотняемость - зависимость плотности брикета от давления прессования (определяется по ГОСТ 10937-78).

Так влияние качества (окисленности) исходных железных порошков на этот важный технологический параметр характеризуется изменением уплотняемости (уц) при давлении прессования Р = 400 МПа в факторном пространстве концентрации серы [Б] и кислорода [О] (рис. 5). Описываемое квадратичной полиномиальной зависимостью от влияющих факторов в общем виде (2) и с численными коэффициентами (3) в кодированных значениях соответствующих параметров ([5;0] согласно методике гл. 2, рис. 1) имеет вид:

у4 = р о + Ь,Б + Ь2[0] + Ь12 [Б; О] + Ь^2 + Ь22[0]2 (2)

у4= 6,5 + 0,13[Б] - 0,21[0] - 0,0 26 [Б; О] +

+ 0,014[Б2] - 0,042[02] (3)

а графическая интерпретация представлена на рис. 5.

Используя рис. 5 в качестве номограммы, подобран и изготовлен по описанной технологии порошок-микрокомпозит Ре-0,5%Б (параметры: Ъ

■реактора

=300°С, т = 12 мин; вибрации А = 4 мм, со = 25 с"1,) на основе низкокачественного железного порошка ПЖВ4.160.24 (исх.02 = 0,8-1,0 %, после ХТО-ВС - 02 = 0,3 %, имеющий хорошую прессуемость - р =6,5-6,6 г/см3) и вполне

р , д/сгп

0,2

Оп*

о , 'К

0.5

С; 1и _р

'О0,2 0.»

0,0

0.0

1Л /

Рис.5. Поверхность отклика (уплотняемость - "у/') микрокомпозитов в факторном пространстве концентраций серы [5] и кислорода [О]

пригодный для изготовления ряда подшипниковых изделий для сельхозмашин и др. агрегатов.

Однако учитывая сложность каждого этапа переработки (прессованию, спеканию, термообработке порошковых материалов посвящены обширные изыскания) для выполняемых исследований выбраны некоторые усредненные или специально оговоренные условия (см. гл. 2) подготовки и переработки микрокомпозитов в изделия, но главным остается собственно композиционный порошок с ультрадисперсными микрофазами и его смесь с графитом как матричная основа эффективных спеченных материалов общего машиностроительного назначения, свойства которых формируется и анализируются по определенному алгоритму трехкомпо-нентных систем (диаграмм) «состав-характеристика» (см. рис. 2). Характеризуя формирование свойств спеченных композиционных материалов системы <Ре-5-С> и идентифицируя структуру и образование фаз, выполнили обширный дюрометрический анализ спеченных материалов (табл. 1).

Таблица 1

Результаты дюрометрического анализа спеченных композиционных материалов системы «Ре-Б-С» по идентификации фаз

№ образца, состав, характеристика микроструктуры Нр, х 10 МПа 6 с х 1

№ 23 Ре - 100 %; Феооитная л* Л ' / ' ' Г.* -Г.^у ^ 88,3; 73,0; 133,0; 139,2; 114,2; 142,5; 118,9; 145,8; 149,3; 139,2; 139,2; 145,8; 142,5; 139,2; 133,0; 114,2; 142,5; 133,0; 145,8; 118,9 1298,7

№ 17 Ре - 99,76 %, С - 0,24 %; феррито-перлитная '>/••?••*> , ■;. . -ж >;■ * ,Л'.> Л.. » .... • , ^М'*- *4' > 7 130,0; 112,0; 127,0; 93,5; 95,3; 145,8; 127,0; 118,9; 124,3; 101,0; 124,3; 118,9; 127,0; 112,0; 130,0; 118,9; 124,3; 124,3; 101,0; 95,3 1175,4

Окончание табл.1

№ 45 Ре - 98,8 %, Б - 0,96 %, С - 0,24 % феррито-перлитная с сернистыми образованиями : .V • Л- ' 210,0; 210,0; 210,0; 178,4; 193,8; 183,5; 216,6; 183,5; 204,6; 244,5; 193,8; 210,0; 178,4; 210,0; 183,5; 216,6; 189,5; 204,6; 178,4; 193,8 1996,7

№ 83 Яе - 99,04 %, Б - 0,48 %, С - 0,48 % феррито-перлитная с сернистыми образованиями Л 199,2; 169,4; 199,2; 229,8 237,0; 178,4; 204,6; 210,0 204,6; 210,0; 237,0; 199,2 204,6; 210,0; 199,2; 229,8 178,4; 210,0; 204,6; 199,2 2057,1

Темные прослойки 345,0; 311,5; 248,6 3017

В результате установлено, что наиболее благоприятным является состав «Ре-0,5%5-0,5%С» (образец № 83, табл.1), имеющий уравновешенную структуру самого материала и распределения пор (они обособлены и округлы), несколько повышенную твердость (в сравнении с чистым железом и железо-графитом) и твердые дисперсные обособленные включения., что соответствует т.н. правилу Шарпи о благоприятном сочетании мягкой матрицы и твердых включений для антифрикционных подшипниковых материалов.

Исследования триботехнических характеристик подтверждают выявленные тенденции. Графическая интерпретация зависимостей износа и коэффициента трения от состава в виде симплексной диаграммы (рис. б и 7) с выявленными уровнями равного выхода (изолиний) позволяет наглядно выявить определенные зоны и отдельные точки благоприятных значений. Так, указанный выше материал «Ре-0,5%5-0,5%С» (точка 7 по плану экспериментов, см. рис. 2) даёт такие результаты: износ - 0,4 мм/цикл; коэффициент трения - 0,0175.

У (I) = 12,20X1 + 5,80Хг + 12,80Хз + 00X1X2 - 1,35X1X3+2,70X2X3+ + 12,60 ХЛ (Х1- Х2) -9,90 Х2Х3 (Х2 - Хз)-1,35Х1Хз(Х1-Хз )+21,15 Х1Х2Х3

Изменение по осям

Хз Гр.-0,5;1,0;1,5; 2,0%

х2 0,2-1.0 %, шаг 0,2 %

х, -Ре-баланс до 100 %

Рис. 6. Симплексная графо-аналитическая модель изменения линейного износа (изолинии) на 3-х компонентной диаграмме «состав - износ» (модель третьей степени полного вида [У(1)], шесть уровней изолиний)

У (Г ) = 0,0084X1 + 0,01875Х2 + 0,015062Х3 - 0,0093X^2 --0,00бХ!Хз + 0,0013Х2Х3

Изменение по осям Х3: Гр.0,2; 0,5; 0,8; 1,1; 1,4% Х2: 5-0,2-1,0 %, шаг 0,2 % X,: Ре -баланс до 100 %

X! Железо

Рис. 7. Симплексная графоаналитическая модель изменения коэффициента трения (0 и математическая интерпретация [У(Г)] формирования композиционных материалов системы <Ре-С-5> (показаны семь уровней изолиний и значения ((") в узловых точках, описываемые квадратичной зависимостью)

По результатам- проведенных анализов, выявленных закономерностей и комплексного моделирования поведения поликомпонентных композиционных материалов как системы порошковых ингредиентов, консолидируемых при ХТО-ВС, прессовании и спекании может быть осуществлен целенаправленный поиск и указан путь формирования функциональных свойств от технологических параметров, что открывает новые возможности в казалось бы традиционно известных и изученных областях композиционных материалов, каковым в настоящем исследовании является возможность получения и успешного использования железо-серных микрокомпозитов. При этом можно построить определенный алгоритм проектирования спеченных антифрикционных материалов и сделать рекомендации (назвать параметры) по конкретным приемам переработки микрокомпозитов в изделия. Так необходимое давление прессования для достижения требуемой плотности материала ~ 6,5-6,6 г/см3 (пористость -18-22%) составляет 4-6 т/см2 (400-600 МПа), достаточным уровнем суль-фидирования является 0,4-0,6 % S, содержание графита широко варьируемо - 0,3-1,0% (судя по рис. 6 и 7).

В пятой главе представлены прикладные исследования и испытания по реализации метода ХТО-ВС и получения железо-серных микрокомпозитов и спеченных антифрикционных материалов и изделий на их основе.

Для масштабного производства микрокомпозитов спроектирована, изготовлена и использована опытно-промышленная установка, имеющую производительность до 10 кг/час, что вполне обеспечивает потребности малотоннажного и мелкосерийного производства. Из полученных микрокомпозитов экономно легированных составов Fe-(0,2-04%)S в совокупности с разной долей графита (0,3-1,5%Гр), выбранных на основе алгоритма проектирования композиционных материалов (см. рис. 5 и 6) изготовлены различные антифрикционные изделия широкой номенклатуры, высокой несущей способности и повышенной (30-80 %) износостойкости: втулки-вкладыши электроагрегатов, подпятники и опорные втулки поворотных металлоконструкций, втулка-направляющая («глазок») жатки зерноуборочного комбайна и др., в том числе в рамках заданий Государственных программам Миннауки и образования РФ и научно-исследовательских проектов и договоров. На базе выполненных исследований и лицензионного соглашения об использовании разработанных оригинальных программных продуктов и алгоритма проектирования, подобран композиционный материал и изготовлены сменные вкладыши металлорежущего станка, успешно работающие при повышенных нагрузках на условиях самосмазывания в режиме сухого трения в узлах производимых ООО «Аксайремстанок» (г. Аксай, Ростовская обл.) агрегатов «механическая ножовка».

Технико-экономический эффект от использования разработок и реализации научно-технической продукции только в 2006 г. составил 115 тыс. рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Создан и апробирован метод конструирования и производства композиционных антифрикционных материалов с повышенным уровнем функциональных свойств и широкой номенклатуры, преимущества которого состоят в возможности использования элементарных микрокомпозитов «железо-сера», имеющих благоприятные гомогенно распределенные ультрадисперсные (субмикронные и нанометрические) фазы подкомпонентов в железной матрице.

2. Установлены основные закономерности кинетики процесса химико-термической обработки в вибрирующем слое (ХТО-ВС) матричных железных порошков и разработана технология (приемы и оборудование), обеспечивающая целенаправленное формирование микрокомпозитов «железо-сера» разных составов и свойств (температура 300-500°С, время 5-15 мин) с диапазоном сульфидирования от 0,2 до 1,0 % Б.

3. Построены адекватные математические модели получения микрокомпозитов и разработан алгоритм проектирования композиционных материалов тройной системы <Ре-Б-С>, показана технологическая и экономическая возможность создания антифрикционного материала общемашиностроительного назначения для режима сухого трения с повышенным уровнем характеристик при снижении достаточной доли серы до 0,20,4 % (вместо 0,8-1,0 % у аналогов).

4. Комплексные металлофизические и триботехнические исследования влияния микролегирования серой порошков и композиционных материалов показали, что в процессе переработки микрокомпозитов с ультрадисперсными фазами в изделия, обеспечивается снижение необходимой доли серы до 0,2-0,4 % с соответствующим снижением уровня разупрочнения матрицы, и достигается высокая гомогенность структуры спеченного материала без микросегрегации и ликвации серы, что дает изотропность свойств готового композиционного материала.

5. Исследования антифрикционных свойств <Ре-Б-С>-композитов в зависимости от содержания серы (0,2-1,0 %) и графита (0,3-1,5 %) позволило определить факторную область варьирования состава и благоприятный уровень доли подкомпонентов. Четкое фиксирование в'готовом материале высокодисперсных фаз (Ре+Б+ ерБ,), а также конфигурацией последних (сфероидная), обеспечивается устранение анормальной структуры материала (грубой сетки сульфидов по границам зерен), его повышенную прочность и износостойкость,

6. Определены количественные взаимозависимости между составом, структурой, свойствами и параметрами изготовления микрокомпозитов и антифрикционных материалов на их основе. На этой основе разработаны и графически интерпретированы эмпирико-статистические диаграммы на

плоских треугольных симплексах «состав-свойства», как банк данных (номограммы) вариантов достигаемых, прогнозируемых и управляемых свойств исследуемых материалов, что воплощено в математические модели и компьютерную программу проектирования материалов для поликомпонентных композиций. Разработка зарегистрирована в реестре ФИПС №2005611224 в виде объекта интеллектуальной собственности, которая использована по лицензионному соглашению для проектирования и производства антифрикционных изделий металлорежущих станков.

7. Результаты исследований в виде технологии ХТО-ВС и партий спеченных 'антифрикционных изделий разных наименований и назначения успешно апробированы в промышленных условиях в виде технологических рекомендаций и готовой продукции из разработанных композиционных материалов. Технико-экономический эффект от использования разработок и реализации научно-технической продукции только в 2006 г. составил 115 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хлебунов С.А., Люлько В.Г., Мартиросян Р.А. Экспериментальная установка для подготовки порошковых шихт магнитно-мягких материалов // Порошковые магнитные материалы: Тез. докл., 22-23 окт. - Пенза, 1992, с. 13-15. •

2. Хлебунов С.А. [и др.] Экспериментальная установка для получения железосерных композиционных порошков термоплакированием в вибрирующем слое // Применение новых материалов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1997, с. 42-46.

3. Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Малая Е.В. Порошковые материалы на основе гомогенизированных композиций железо-сера // РМ-97: Тез. докл. Междунар. конф. "Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии". - Киев, 1997, с. 230.

4. Люлько В.Г., Олейников Д.В., Хлебунов С.А. Моделирование химико-термической обработки порошков в вибрирующем слое,// II Междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы химии и химической технологии "Химия-99" (осенняя сессия), 18-20 окт.: тез. докл. - Иваново, 1999, с. 46-47.

i 5. Люлько В. Г., Олейников Д.В., Хлебунов С.А. Развитие технологии получения композиционных порошков термосинтезом в псевдоожи-женном слое // Technologia'99: Proceedings 6-th Intern, conf., 8-9 sept. -Bratislava, 1999, vol. II, c. 932-937.

б. Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Гусак М.В. Экологически безопасные порошковые подшипниковые материалы для аппаратов пищевого производства // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Сб. тр.

Междунар. эколог, конгр., Балт. гос. техн. ун-т 14-16 июня - СПб, 2000, с. 155-156.

7. Люлько В.Г., Хлебунов С.А [и др.] Получение и физико-технологические свойства порошковых композиций "железо-сера" // Порошковые и композиционные материалы. Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр. ЮРГТУ - Новочеркасск, 2001, с. 96-102.

8. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Развитие научных основ и технологии термосинтеза композиционных порошков в вибрирующем слое // Вестник ДГТУ - Ростов н/Д, 2003, т. 3, № 3 (17), с. 362-372.

9. Хлебунов С.А. [и др.] Кинетика поверхностного насыщения серой железного порошка при .химико-термической обработке в вибрирующем слое // Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 3-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Ялта, 27-29 мая. - Киев, 2003, с. 255-258.

10. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Технологическое обеспечение рациональной переработки композиционных материалов на основе адаптивного компьютерного дизайна системы "состав-свойства-технология" // Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства: Материалы Междунар. конф., 16-19 сент.

ВолгГТУ - Волгоград, 2003, ч. II, с. 240-243.

11. Хлебунов С.А. [и др.] Конструкторско-технологические варианты использования порошковых спеченных изделий в узлах машин и оборудования // Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства: Материалы Междунар. конф., 16-19 сент. ВолгГТУ - Волгоград, 2003, ч. II, с. 247-250.

12. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Концепция моделирования свойств порошковых материалов по эмпирико-статистическим симплексным диаграммам // Технологии получения и применения порошковых и композиционных функциональных материалов. Информационные технологии для интеграции образования и промышленности: Сб. тр. науч,-техн. конф. и науч.-практ. семинара, 16-18 сент., Южно-Рос. Экспоцентр. - Ростов н/Д, 2003, с. 84-87.

13. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Оптимизация изготовления порошковых материалов по результатам симплексного планирования по диаграмме "состав-свойства" // Технологическое управление качеством поверхности деталей машин: Материалы Междунар. науч. конф., 11-13 нояб. - Киев, 2003, с. 97-101.

14. Люлько В.Г., Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А. [и др.] Физико-химические закономерности микрофазного легирования в вибрирующем слое железных и медных порошков элементами Ш-1\/ групп для создания оригинальных конструкционных и электротехнических порошковых материалов // Проект 202.05.01.026 (№ гос. регистр. 01.20.03.08421) Фуйк-

циональные порошко'вые материалы: в сб. ст. по проектам подпрограммы 202 «Новые материалы» Минобр. РФ за 2003 г. - с.30-33.

15. Хлебунов С.А. Конструкционные и антифрикционные порошковые материалы на основе сульфидированного железного порошка // Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении: Материалы 4-го Междунар. науч.-техн. семинара, г. Свалява, 24-26 февр. -Киев, 2004, с. 201-207.

16. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Подбор и анализ составов и свойств порошковых материалов по функциональным зависимостям в тройных системах композиций // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: Материалы докл. 6-й Междунар. науч.-техн. конф., 6-7 апр. -Минск, 2004, с. 49-51.

17. Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А. [и др.] Применение системы подбора компонентов порошковых материалов по информационно-аналитическим симплексным диаграммам // Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий, металлобработки и порошковой металлургии. Информационные технологии в интеграции науки, образования и производства: Сб. тр. науч.-техн. конф. и науч.-практ. семинара, 8-10 сент. Южно-Рос. Экспоцентр - Ростов н/Д, 2004, с. 129-132.

18. Люлько В.Г., Жмайлов Б.Б., Малофеева С.А., Хлебунов С.А., Краснобаев А.Г. Развитие метода микрофазного легирования в вибрирующем слое железных порошков и создание на их основе модифицированных порошковых материалов // 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.

19. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Развитие метода термосинтеза в вибрирующем слое композиционных порошков с наноразмерными эффектами // Прогрессивные процессы порошковой металлургии: сб. докл. междунар. науч.-техн. симп., проводимый в рамках 10-й междунар. выст, "Порошковая металлургия-2005", 30 марта - Минск, 2005, с. 111-116.

20. Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А. [и др.] Приложение графоаналитического метода анализа порошковых материалов по симплексным диаграммам к практическим задачам // Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении: материалы 5-го Междунар. науч.-техн. семинара, г. Свалява, 22-24 февр. - Киев, 2005, с. 50-53.

21. Хлебунов С.А. Материаловедческие аспекты организации неразрушающего контроля композиционных порошковых материалов "железо-сера" // Инженерия поверхности и реновация изделий: материалы,5-й Междунар^ науч.-техн. конф., Ялта, 24-26 мая 2004г. -

Междунар. науч.-техн. конф., Ялта, 24-26 мая 2004г. - Киев, 2005, с. 258262.

22. Люлько В.Г., Хлебунов С.А. [и др.] Термосинтез порошковых композиций в вибрирующем слое как метод создания композиционных материалов с ультрадисперсной структурой // Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении. Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и образовании: сб. тр. науч.-техн. конф., 7-9 сент. - Ростов н/Д, 2005, с. 121-125.

23. Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А. [и др.] Разработка основных принципов построения информационно-аналитической системы исследования многокомпонентных порошковых материалов // Современные проблемы машиноведения и высоких технологий: тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 75-летию ДГТУ - Ростов н/Д, 2005, т. III, с. 113-120.

24. Жмайлов Б.Б., Иванова A.A., Хлебунов С.А. Приложение графоаналитического метода анализа порошковых материалов по симплексным диаграммам к практическим задачам // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: Темат. подборка и материалы 1-й Пром. междунар. науч.-техн. конф., п. Славское, 23-26 февр. - Киев, 2005.

25. Гриценко В.В., Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Малофеева С.А. Некоторые статистические методы анализа качества производства порошковых изделий//Матер.6-й Межд.н.пр.конф.26-28 сент.2006. Ялта. К., 2006.С.31-34.

26. Люлько A.B., Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А. и др. Развитие адаптивного проектирования композиционных материалов для изготовления ремонтопригодных изделий // Матер. 7-го межд. Н.-т. семинара г. Сваля-ва, Карпаты, 20-22 февраля 2007. К., 2007. С. 148-151.

27. 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 A.B.,Краснобаев А.Г., Хлебунов С.А. Зарег. 25 мая 2005. Бюл.ФИПС.,М., 3№3 (52),2005, С.109.

В набор з 04Щъ печать Ч. О У-

Объем/^.? усл.п.л.,уч.-изд.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ № Тираж /¿>0.

Издательский центр ДГТУ

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

Содержание

Введение

1. Анализ условий формирования структуры и свойств композиционных материалов на основе железа, стали и псевдосплавов с неметаллическими присадками

1.1. Практика получения композиций и спеченных материалов на основе железа, их свойства и использование

1.2. Анализ состояния теории и практики использования предварительного терморафинирования и химико-термической обработки порошковых композиций

1.3. Структура и свойства порошковых материалов в зависимости от характеристик исходных композиций. Модели взаимосвязи состава, структуры и свойств порошковых материалов

1.4. Цель работы и задачи исследований

2. Методика проведения экспериментальных работ и обработки опытных данных

2.1. Исходные материалы

2.2. Методика получения микрокомпозитов системы <Fe-S> и композиционных материалов на их основе

2.2.1. Обоснование выбора приемов химико-термической обработки (сульфидирования) железного порошка, как матричной основы композиционных материалов

2.2.2. Оборудование для химико-термической обработки порошка в вибрирующем слое

2.3. Оборудование и методика проведения триботехнических испытаний

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

-22.4.1. Разработка плана и проведение эксперимента. Постановка задачи и условия исследований

2.4.2 Планирование обобщенных экспериментов

2.4.3. Описание используемых функций пакета MathCAD

2.5. Методы изучения механических и эксплуатационных характеристик

3. Теоретические предпосылки для разработки метода химико-термической обработки железных порошков, обеспечивающего требуемые функциональные свойства микрокомпозитов

3.1. Состояние вопроса и постановка задачи

3.2. Диффузионно-химические аспекты, физическое и математическое моделирование условий формирования структуры и свойств при химико-термической обработке дисперсных материалов

3.3. Обобщенная модель системы «газ - частица порошка» для описания и диагностики процесса поверхностного насыщения

3.4. Экспериментальное исследование процесса осаждения серы на железный порошок

3.4.1. Предварительный анализ условий образования железо-серных микрокомпозитов

3.4.2. Особенности технологических приемов насыщения серой железного порошка путем химико-термической обработки в вибрирующем слое

3.4.3. Кинетика процесса сульфидирования железного порошка в вибрирующем слое

4. Исследование структуры и свойств железо-серных микрокомпозитов и спеченных материалов на их основе

4.1. Химический состав железо-серных микрокомпозитов

4.2. Исследование структуры, морфологии поверхности и физических свойств микрокомпозитов «железо-сера»

4.3.Структура и технологические свойства микрокомпозитов, сырых брикетов и спечённых материалов

4.3.1.Анализ взаимосвязи качества исходных железных порошков, формируемого состава микрокомпозитов «железо-сера» по диаграмме «состав-уплотняемость»

4.4. Исследование механических свойств спеченных материалов

4.5. Анализ триботехнических характеристик

4.6. Обрабатываемость резанием спеченных железо-серных материалов

4.7. Алгоритм создания эффективных композиционных материалов наоснове железо-серных микрокомпозитов, получаемых ХТО ВС

4.8. Выводы по главе

5. Технологическое оборудование и промышленные испытания химико-термической обработки микрокомпозитов и антифрикционных материалов

5.1. Проектирование и изготовление пилотной и опытно-промышленной установки получения микрокомпозитов химико-термической обработкой в вибрирующем слое

5.2. Практика химико-термический обработки (сульфидирования) порошков и получения микрокомпозитов и спеченных антифрикционных изделий

Создание и эффективное использование новых, в том числе, модифицируемых материалов, технологических приемов их получения и управления функциональными свойствами - неизменно актуально, поскольку обусловлено требованием материального производства вне зависимости от экономической ситуации. Повышенный интерес исследователей и практиков к этой проблематике, важность которой неизменно подтверждается формированием соответствующих государственных научно-технических программ и заданий [1-3], вполне оправдан по причине несомненных экономических преимуществ применения таких материалов. Выигрышными примерами прогрессивных материалов настоящего периода развития науки и техники являются металлокомпозиты и металлопластики, градиентные, полиструктурные, слоистые и т.п. конструкции, среди которых значимое место занимают композиционные порошковые материалы для машиностроения - антифрикционные, конструкционные, электротехнические, изностойкие, каркасные, фильтровые и др. [2,4].

Материаловедение и технология композиционных порошковых материалов - сравнительно молодая отрасль науки и техники, находящаяся в состоянии активного развития и быстрого подъема. Ее преимущества: возможность создания разнообразных композиций материалов, экономичность и высокая технологичность производства (малоотходность - коэффициент использования материала до 99%, ресурсосбережение, сокращение себестоимости изделия, по сравнению с другими видами обработки материалов), возможность получения материалов с особыми функциональными свойствами - самосмазывающиеся антифрикционные, износостойкие, градиентные по структуре и составу и др.) [5-14]. В первую очередь, этим объяснимы непрерывно происходящие процессы расширения номенклатуры изделий, получаемых по технологии композитов, и совершенствования их свойств.

Значимым позитивным фактором, расширяющим перечень достоинств технологии композиционных порошковых материалов, является возможность использования относительно «дешевых» источников сырья для изготовления изделий с приемлемыми потребительскими характеристиками. К таким источникам сырья могут быть отнесены низкосортные металлические порошки общего применения, качество которых может быть улучшено пластифицированием, легированием, поверхностным насыщением в ходе их переработки в изделия.

В связи с созданием объектов новой техники, узлы трения которых должны работать в специфических эксплуатационных условиях, при высоких скоростях и нагрузках, агрессивных средах и т.п., естественно, непрерывно изменяются и конкретизируются требования к материалам узлов трения - подшипникам, тормозам, передаточным устройствам, уплотнениям и пр. Наряду с этим, общий технический прогресс, связанный с повышением скоростей и нагрузок существующих машин и механизмов, также требует переоснащения их узлов трения новыми, более прочными и износостойкими материалами. Технология же композиционных материалов, открывает неограниченные возможности для создания материалов, обеспечивающих надежную работу узлов трения в самых разнообразных условиях, позволив создавать «индивидуальный» материал для конкретного объекта. Таким образом, объективно созданы предпосылки обеспечения срока службы узла трения равного сроку службы механизма в целом [15-19].

Дальнейшие успехи в создании новых антифрикционных материалов и обеспечении оптимальных условий их эксплуатации зависят от достаточно четкого понимания условий трения и изнашивания в зависимости от их состава (композиционности) и достигнутых химических и физико-технологических характеристик - микрофазной структуры на поверхности и в объеме материала, плотности, пористости, несущей способности, прирабатываемости, а также прочности, пластичности, износостойкости и т.п.

Антифрикционные спеченные материалы общемашиностроительного назначения на основе железных и стальных порошков нашли широкое применение в различных узлах машин и механизмов, работающих в условиях ограниченной смазки или ее полного отсутствия [13, 14, 17, 18, 20]. Такие условия эксплуатации характерны не только для ряда открытых узлов, например зерноуборочного комбайна (коленвал соломотряса, привод элеватора подачи зерна в бункер и др.), но также и для ряда аппаратов пищевого производства, где в качестве естественной смазки выступает сама пищевая среда (вода, молоко, растворы) и применение традиционной консистентной или жидкой смазки проблематично. Введение в состав композиционного порошкового материала антифрикционных присадок - графита, дисульфида молибдена, серы, фосфора и т. п. сухих смазок - позволяет расширить области практического использования этих материалов для разнообразных условий эксплуатации [13-21].

Одним из эффективных средств против заедания является сульфидиро-вание, при котором повышению износостойкости способствует возникновение тонкой сульфидной пленки на поверхности трения [14, 20-22]. Однако, несмотря на достаточно длительный период применения этих порошковых материалов [21,22], методы их получения и формирования благоприятных микро- и макроструктуры для разных условий эксплуатации, резерв их функциональных свойств далеко не исчерпаны, а потому представляет определенный интерес рассмотреть влияние сульфидирования на свойства готовых антифрикционных материалов и изделий на основе серийных железных порошков. При этом одним из направлений оптимизации свойств таких материалов может стать анализ известного противоречия, состоящего:

- в необходимости количественного роста вводимой в состав материала серы для улучшения собственно триботехнических характеристик;

- в необходимости строгого контроля формирования сульфидных микрогетерогенных структур в виде пленки или сетки (непрерывной, локальной), переизбыток которых разупрочняет матричную структуру и снижает несущую способность материала; на разрешение которого и направлены выполненные исследования.

Работа выполнена на кафедре «Технология конструкционных материалов» и отделе «Износостойких покрытий и порошковой металлургии» Донского государственного технического университета (ДГТУ, г. Ростов-на-Дону) в соответствии с планами НИР по выполнению заданий ряда научно-технических программ, таких как: «Малотоннажная технология» (1992-1994 г.г.), «Транс-ферные технологии» (1995-1997 г.г.) и др. А в настоящий период - в соответствии с подпрограммой «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 2001-2004 г.г.; отдельные исследования структуры и физико-технологических свойств материалов выполнены в специализированных лабораториях кафедры «Физического и прикладного материаловедения» ДГТУ, а также Институте физики твердого тела РАН (п. Черноголовка, Московской обл.), Центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ) ОАО «Ростсельмаш», г. Ростов-на-Дону.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования, прикладные результаты по разработке и практическому использованию закономерностей формирования химического и фазового состава, структуры подшипниковых материалов на основе микрокомпозитов железа и сталей с ультрадисперсными (субмикронными и нанометрическими) подкомпонентами -присадками серы для создания эффективных антифрикционных изделий узлов трения машин и механизмов.

Подробно исследованы физико-химические и кинетические закономерности процесса химико-термической обработки порошков в их псевдоожи-женном состоянии - вибрирующем слое, приоритетной операции комплексного технологического процесса создания микрокомпозитов <Fe-S> и изготовления из них спеченных порошковых изделий. Проведены комплексные-исследования составов, структуры и функциональных свойств композиционных материалов на основе железо-серных микрокомпозитов, исследованы некоторые трибологические характеристики антифрикционных материалов, формирующиеся под влиянием всего комплекса факторов технологического процесса их создания, начиная от первичного состояния порошков-микрокомпозитов, режимов их химико-термической обработки, состава (композиционности) шихты и технологических параметров переработки в изделия.

Таким образом достигнута цель работы и решены поставленные задачи. Что касается научной новизны исследований, то можно отметить следующее:

1) получен модифицированный антифрикционный композиционный материал на основе микрокомпозитов «железо-сера», получаемых кратковременной (10-20 мин.) химико-термической обработкой в вибрирующем слое (ХТО-ВС), обеспечивающий формирование благоприятных гомогенно распределенных ультрадисперсных (субмикронных и нанометрических) фаз подкомпонентов в железной матрице;

2) обеспечена математическая и графическая интерпретация прогнозных и экспериментальных результатов на симплексных диаграммах «состав-свойство», представляющих собой концентрационный треугольник изоуровней функциональных характеристик, для чего разработан и апробирован оригинальный метод компьютерного конструирования композиционных материалов тройной системы <Fe-S-C>;

3) сформирован банк данных типовых вариантов технологии и достигаемых свойств микрокомпозитов <Fe-S-0> после ХТО-ВС и композиционных антифрикционных и конструкционных материалов системы <Fe-S-C> в зависимости от качества исходного сырья, технологических параметров переработки в широком диапазоне их значений;

4) создан оригинальный зарегистрированный программный продукт и предложена схема многовариантного решения прикладных конкретных задач по подбору состава и обеспечению требуемых свойств антифрикционных материалов на основе микрокомпозитов железа.

Практическая ценность выполненных исследований заключается в:

1) создана лабораторная и опытно-промышленная установка (производительность до 10 кг/час) химико-термической обработки серийных промышленных железных порошков и получения железо-серных микрокомпозитов (0,2-1,0 % S) в вибрирующем слое (ХТО-ВС). Установлены температурные (300-500°С) и временные параметры 0,1-1,0 час и более) ХТО-ВС, обеспечивающие её многовариантность;

2) проведены лабораторные и промышленные испытания разработанных композиционных материалов на основе макрокомпозитов <Fe-S-0> с 0,3-1,5 % графита (спеченные материалы, псевдосплавы) широкой номенклатуры, высокой несущей способности и повышенной (30-80 %) износостойкости: подшипниковые втулки-вкладыши электроагрегатов, подпятники и опорные втулки поворотных металлоконструкций, втулка-направляющая («глазок») жатки зерноуборочного комбайна, сменные вкладыши металлорежущего станка «механическая ножовка», успешно работающие на условиях самосмазывания в режиме сухого трения и агрессивного воздействия.

3) создан и успешно апробирован объект интеллектуальной собственности, зарегистрированный в реестре Роспатента-ФИПС: №2005611224 «Компьютерное моделирование функциональных характеристик многокомпонентных материалов по симплекс-диаграммам «состав-свойство», по которому заключено лицензионное соглашение на использование.

В итоге можно сделать следующие общие выводы:

1) Создан и апробирован метод конструирования и производства композиционных антифрикционных материалов с повышенным уровнем функциональных свойств и широкой номенклатуры, преимущества которого состоят в возможности использования элементарных микрокомпозитов «железо-сера», имеющих благоприятные гомогенно распределенные ультрадисперсные (субмикронные и нанометрические) фазы подкомпонентов в железной матрице.

2) Установлены основные закономерности кинетики процесса химико-термической обработки в вибрирующем слое (ХТО-ВС) матричных железных порошков и разработана технология (приемы и оборудование), обеспечивающая целенаправленное формирование микрокомпозитов «железо-сера» разных составов и свойств (температура 300-500°С, время 5-15 мин) с диапазоном сульфидирования от 0,2 до 1,0 % S.

3) Построены адекватные математические модели получения микрокомпозитов и разработан алгоритм проектирования композиционных материалов тройной системы <Fe-S-C>, показана технологическая и экономическая возможность создания антифрикционного материала общемашиностроительного назначения для режима сухого трения с повышенным уровнем характеристик при снижении достаточной доли серы до 0,2-0,4 % (вместо 0,8-1,0 % у аналогов).

4) Комплексные металлофизические и триботехнические исследования влияния микролегирования серой порошков и композиционных материалов показали, что в процессе переработки микрокомпозитов с ультрадисперсными фазами в изделия, обеспечивается снижение необходимой доли серы до 0,2-0,4 % с соответствующим снижением уровня разупрочнения матрицы, и достигается высокая гомогенность структуры спеченного материала без микросегрегации и ликвации серы, что дает изотропность свойств готового композиционного материала.

5) Исследования антифрикционных свойств <Ре-8-С>-композитов в зависимости от содержания серы (0,2-1,0 %) и графита (0,3-1,5 %) позволило определить факторную область варьирования состава и благоприятный уровень доли подкомпонентов. Четкое фиксирование в готовом материале высокодисперсных фаз (Fe+S+ srS, ), а также конфигурацией последних (сфероидная), обеспечивается устранение анормальной структуры материала (грубой сетки сульфидов по границам зерен), его повышенную прочность и износостойкость.

6) Определены количественные взаимозависимости между составом, структурой, свойствами и параметрами изготовления микрокомпозитов и антифрикционных материалов на их основе. На этой основе разработаны и графически интерпретированы эмпирико-статистические диаграммы на плоских треугольных симплексах «состав-свойства», как банк данных (номограммы) вариантов достигаемых, прогнозируемых и управляемых свойств исследуемых материалов, что воплощено в математические модели и компьютерную программу проектирования материалов для поликомпонентных композиций. Разработка зарегистрирована в реестре ФИПС №2005611224 в виде объекта интеллектуальной собственности, которая использована по лицензионному соглашению для проектирования и производства антифрикционных изделий металлорежущих станков.

7) Результаты исследований в виде технологии ХТО-ВС и партий спеченных антифрикционных изделий разных наименований и назначения успешно апробированы в промышленных условиях в виде технологических рекомендаций и готовой продукции из разработанных композиционных материалов. Технико-экономический эффект от использования разработок и реализации научно-технической продукции только в 2006 г. составил 115 тыс. рублей.

1. Новые материалы // Подпрограмма н.-т. программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники», М., МИСиС, 2002, 58 с. (Здесь: аннотация проекта ДГТУ, с. 28-29).

2. 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.

3. Отчет о выполнении научно-технической ассоциацией «Порошковая металлургия» государственного заказа: «Анализ состояния научных исследований и производство порошковых материалов в России и за рубежом»// НТА ПМ, М„ 1993, 42 с.

4. Металлические порошки и порошковые материалы: Справочник // Авт.: Б.Н. Бабич, Е.В. Вершинина, В.А. Глебов, В.Л. Калихман, Ю.В. Левинский, В.Ю. Лопатин, В.Г. Люлько и др. Под. ред. проф. Ю.В. Левинского. М.: ЭКОМЕТ, 2005, 520с., с ил.

5. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. // Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. -М.: МИСИС, 2001 Т.1, 368 е., Т.2, 318 е., с ил.

6. Порошковая металлургия и напыленные покрытая //Ред. Б.С.Митин / Авт. В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. М.: Мет-я, 1987, 792 с.

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

8. Powder metallurgy Progress. Journal of Science and technology of Particle Materials. // Журнал Словацкой академии наук.№№ 2, 3 , 2002.

9. 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.

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

11. Материаловедение и технология материалов / В.Г.Жадан, П.И.Полухин и др. Металлургия, М.:1994. 452 с.с ил.

12. Лякишев Н.П. Наноматериалы конструкционного назначения // Сб.науч.тр. конф.НПМ-2004. Секц. 1 .Т. 1 .Волгоград, ИПК «Политехника», с. 17-18

13. Проблемы современных материалов и технологий. Вып.11.Пермь, 2005. // Здесь: Термосинтез в вибрирующем слое дисперсных микрокомпозитов как метод создания функциональных порошковых материалов нового поколения. Авт. Люлько В.Г., Шугай К.К.и др. с.35-51

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

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

16. Schatt W., Wieters К-Р. Powder Metallurgy. Processing and Materials. EPMA, Shrewbury, 1997, 492 PP.

17. Salak A. Ferrous Powder Metallurgy. Cambridge, 1995, 460 PP.

18. Powder Metallurgy. ASTM. Vol.7. N.-Y. 2002, 1230 PP.

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

20. Мошков А.Д. Пористые антифрикционные материалы.-М.:- Машиностроение, 1968.-208 с.

21. Гильтман Т.П. Сульфидирование железографитового материала, как новый метод повышения его механических свойств. В кн.:ПМ:Доп.сб.1У н.-т. конф.по вопр. ПМ. Ярославль, 1957, с.36-47

22. Лифшиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1980. 367 с.

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

24. Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформированных материалов. М.: ЗАО Металлургиздат, 2003.- 152 с.

25. Анциферов В.Н., Черепанова Т.Г. Структура спеченных сталей.-М.: Металлургия, 1981.

26. Раковский B.C. Основы порошкового металловедения.-М.: «Мет-я», 1982.

27. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справочник., -К.: Металлургия, 1985. 624 с.

28. 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.

29. Витязь П. А., Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф. Механически легированные сплавы на основе алюмия и меди.- Минск, Беларусская навука, 1998 .351 с.

30. Schalunow J., Slezar М., Besterci М. Einfluss der Herstellungsbedinnungen auf die Eigenschatten von Al-A14C3-Werkstoffen // J. Metall, 1986,Hft.6, S.601-605.

31. Радомысельский И.Д., Ясь Д.С.,Павленко В.И. Производство и использование порошковых деталей в легкой промышленности. -К.: Техника, 1982. 152 с.

32. Материаловедение в машиностроении// Сб.тр.конф. Минск. 1983.с. 104-105

33. Бернштейн M.J1. Термомеханическая обработка металлов и сплавов.М.: Металлургия, 1968. 1171 с с ил.

34. Блиновский В.А.Физические и технологические основы методов термического упрочнения порошковых спеченных сталей. Автореф. дис.д.т.н.-Ростов-н/Д. 1999. 36 с.

35. Powder Metallurgy. Materials, Processes and Applications // A Product of the Eur. Commission's Leonardo da Vinci Programme. EPMA, CD-Rom,2000.

36. Кудряков O.B. Природа «белых слоев» и принципы их целенаправленного использования в технологии упрочнения металлических сплавов. Автореф. дис.д.т.н. Ростов-н/Д.: 2000. -42 с.

37. Hoganaes АВ. Hoganaes Iron Powder Information Hub. HIPIN-99.CD-Rom. S-263 83, Sweden. 1999.

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

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

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

41. Андриевский P.А. Введение в порошковую металлургию. Изд. «Илим», Фрунзе, 1988. 175 с.

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

43. Левинский Ю.В. р-Т-х-Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. В 2-х кн. -М.: Металлургия, 1990.Т.1. 400 с.

44. Арсентьева И.П., Соколова Е.А., Гуляев И.А. Структурные и фазовые превращения, протекающие при получении распыленных воздухом порошков железа // Сб.тр.5-го Собрания металловедов России. -Краснодар: КубГТУ, 2001. С.349-350.

45. Земсков Г.В.,Коган Р.Л.,Слободянюк А.А. и др. Диффузионная металлизация плазменных покрытий // Защитные покрытия на металлах. К., 1980, вып.14.с. 69-71

46. Радомысельский И.Д., Напара-Волгина С.г. Получение легированных порошков диффузионным методом. К.: Наукова думка, 1988. -218 с.

47. Фришберг И.В., Кватер Л.И., Кузьмин Б.П. Газофазный метод получения порошков. М.: Наука, 1978. -274 с.

48. Порошковая металлургия и защитные покрытия в машино- и приборостроении // Сб.докл. Межд.н.-т.семинара при 9-й межд.выставке «Порошковая металлургия -2003». Минск: Тонпик. 2003. с.30-41, 84-90

49. Арсентьева И.,Губенко Б.,Гуляев И., Секачёв М. Железные порошки: практика и металловедение //Перспект. материалы, 0кт.-нояб.2002. с.93 -97.

50. Арсентьева И.П., Гуляев И.А., Секачёв М.А. и др. Физико-химические и структурные превращения при получении восстановленных и распыленных водой порошков железа. // Технология металлов, №1, 2003. с.43 -48

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

52. Новые материалы и технологии: Порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка.// Матер.б-й Межд.н.-т.конф., Минск,. -ОДО «Тонпик», 2004. -364 с.

53. Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике // Тез. докл.Межд.конф. К., 2003. -436 с.

54. Powder Metallurgy-2004.World Congress. Vienna. 17-22 0ct.2004. Technical Program // www.epma.com/pm2004.

55. Дорофеев Ю.Г., Устименко В.И. Материаловедение порошковых материалов . ЮРГТУ , Новочеркасск, 1999. -94 с.

56. Буланов В .Я., Савинцев П.П, Диагностика свойств композитов (методы, аппаратура, приборы). -С.:УРО АН СССР, 1989. -252 с.

57. Свойства порошков металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов». Инф. Спр-к. Отв. рёд. Федорченко И.М.-К.: «Наукова думка», 1973.-183 с.

58. Жуховицкий А.А., Шварцман М.Я. Физическая химия. М.: 2001.

59. Задачи по физической химии.Уч.пособие // В.В.Еремин, С.И Каргов, И.А.Успенская и др. -М.:»Экзамен».2003. -320 с.

60. Лоренц Г.А. Лекции по термодинамике. Пер.с англ. М.-Ижевск, «НИЦ РХД, 2001.-176 с.

61. Практические работы по физической химии. Под ред К.П.Мищенко. СПб.: «Профессия», 2002. -389 с.

62. Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкий А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. -М.: Металлургия, 1974. -389 с.

63. А.с. (СССР) №784986 Способ обработки порошка / Люлько В.Г., Красниченко Л.В., Кишко В.Д. и Литвиненко В.И. Опубл. 07.12.80, БИ №4,1980.

64. А.с. (СССР) №603823 Печь для получения металлических порошков // Красниченко Л.В., Люлько В.Г. и др. Опубл. 26.04.78, БИ №15, 1978.

65. Патент РФ № 2122924 . Способ получения металлизированной шихты // Афанасьев А.И., Люлько В.Г., Некрасов В.Ф., Некрасов Д.В. . Опубл. 10.12.98 в Б.И. № 34

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

67. Люлько В.Г., Хлебунов С.А.Мартиросян P.A. Экспериментальная установка для подготовки порошковых шихт магнитомягких материалов // Тез.докл. Пенза. 1992.

68. Хлебунов С.А.,Хохлов А.В., Люлько А.В., Мартиросян Р.А. Экспериментальная установка для получения железо-серных композиционных порошков термоплакированием в вибрирующем слое// Сб.Тр. Ростов-н/Д.: 1997.

69. Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Антропов В.В., Олейников Д.В. Применение технологии термосинтеза композиционных порошков для целей инструментального производства// Матер.н.-т.конф. «Технология-2000», Одесса-К.: 2000. с.55-57

70. Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Антропов В.В., Полужников К.С. Получение и физико-технологические свойства порошковых композиций «железо-сера» // Сб .научн. тр. Новочеркасск, 2001. с. 96-102.

71. Членов В.А.,Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука. 1972.- 344 с.

72. Буланов В.Я., Кватер Л.И., Довгаль Т.В. и др. Диагностика металлических порошков- М.: Наука, 1993.

73. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. -328 с.79.3едгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследованиямногокомпонентных систем. М.: Наука 1976. 390 с.

74. Адлер Ю.П., Маркова Е.П., Грановский М.Б. Планирование эксперимента при поиске оптимальных.условий М.: Наука, 1976.-377 с.

75. Дорофеев Ю.Г., Дорофеев В.Ю., Устименко В.И., Кособоков И.А. и др. Лабораторный практикум по материаловедению и технологии композиционных материалов . ЮРГТУ , Новочеркасск, 2002. -78 с.

76. Домбровский Ю.Ю. Прочность металлов. Физические и инженерные основы // Уч.пособие, ДГТУ, Ростов-/Д, 2001. -80 с.

77. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. М.: Мет-я. 1991.-208 с.

78. Шацов А.А. Механические свойства пористых материалов. МиТОМ. №12, 2003. С. 8-11.

79. Степанян А.Л., Оганесян A.M., Агбалян А.С. Исследование процессов науглероживания железного порошка в твердом карбюризаторе // В 53. с. 5051.

80. Ермилов А.Г., Ракова Н.Н. Исследование возможности получения нанокристаллических WC-Co порошкообразных материалов при термическом разложении вольфрамсодержащей металлорганической смеси // В 53. с.55-57.

81. Мельник П.И.Диффузионное насыщение железа и твердофазные превращения в сплавах. М.: Металлургия. 1993. 128 с.

82. Масюто О.М.,Авдеев Н.В. Классификация и кодирование способов создания покрытия // В 53. с.94-97.

83. Хокинг М., Васангарси В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия. Получение, свойства и применение // Пер. с англ. М.: Из-во «Мир», 2000.-518 с.

84. Попович А.А. Механохимический синтез тугоплавких соединений. Владивосток, ДвГТУ, 2003. -201 с.

85. Гасанов Б.Г., Азаренков А .А., Полторак М.В., Малеванный А.И. Влияние состава смазки на триботехнические свойства порошковых и композиционных материалов // В 53. с. 133 -135.

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

87. Теория и технология азотирования.// Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. и др. М.: Металлургия, 1991.-320 с.

88. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, Изд.3-е. 1978. -392 с. (см. с.361-380).

89. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий // М.: Машиностроение, 1981. 242 с.

90. Ройх И.Л., Новиков Н.Н. Нанесение металлических покрытий на порошки методом напыления в вакууме. Порошковая металлургия, 1978. № 8. с. 1-9.

91. 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.

92. Королев Ю.М., Столяров В.И. Восстановление фторидов тугоплавких металлов водородом. М.:Металлургия. 1981. -184 с.

93. Куликов И.С., Ростовцев С.Т., Григорьев Э.Н. Физико-химические основы процессов восстановления окислов. Диссоциация и диффузия. -М.: «Наука», 1978. 177 с.

94. Криштал М.А,. Механизм диффузии в железных сплавах//.- М.: «Металлургия», 1972.-400 с.

95. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении . М.: Металлургия, 1973. -345 с.

96. Шиммель М.А. Методика электронной микроскопии. М.: Мир,1972.-197с.

97. Богодухов С.И., Гребенюк В.Ф., Синюхин А.В. Курс материаловедения в вопросах и ответах : Уч.пособ.//М.: Маш-е, 2003, -253 с. с ил.

98. Панченко Е.В., Крамер Е.И. и др. Лаборатория металлографии.- М.: «Металлургия», 1965.

99. Семенов Ю.А. Новые методы контроля качества прессовок из металлических порошков. Сб. «Развитие методов формование изделий из порошков».-К.: ИПМ, 1976, с. 156-160.

100. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1976.-273 с.

101. Ростовцев С.Т. Физическое и математическое моделирование восстановительных процессов// Сб тр. Интенсификация восстановительных процессов. М., Наука, 1980. -с.6-26.

102. Макрокинетика восстановления железорудных материалов газами. Математическое описание // Абрамов С.Д.,Алексеев Л.Ф.Кудинов Д.З. и др. М., Наука, АН СССР, 1982. -105 с.

103. Hlebunov S.A., Lyulko V.G. et al. Composite powders Fe-S, making by the fluidised bed thermosynthesis // World Congress PM-98, Spain, Granada. Proceed. 1999.Vol.l. PP.257-261

104. Интенсификация восстановительных процессов. Диффузионно-химические аспекты // Сб.ст.под ред. Куликова И.С., М.:Наука, 1980. 100 с.

105. Шевченко В.Я., Малочкин О.В., Панов С.М., Баринов С.М. Размерный эффект при синтезе ультрадисперсного диоксида циркония золь-гель методом // Докл. АН России, 1999. -№5. -С.649 652.

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

107. Барре П. Кинетика гетерогенных процессов // Пер. с франц.под ред. проф. Болдырева В.В., М.: Мир, 1976. -^00 с.

108. Бондаренко Б.И., Курганский Н.П., Пекач В.Ф. Восстановительно-обезуглероживающий отжиг металлических порошков. К.: Наукова думка, 1991.-328 с.

109. Левинский Ю.В. Кинетика роста поверхностной пленки при отжиге смеси порошка металла с разлагающимся окислом. -Порошковая металлургия, 1978, №2. С 22-25.

110. Люлько В.Г.,Красниченко Л.В., Кишко В.Д., Литвиненко В.И. Довосстановительный отжиг железного порошка в вибрирующем слое Порошковая металлургия, № 7, 1979. С. 1-5.

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

112. Райченко А.И. Математическая теория диффузии в приложениях. К.: Наукова думка, 1981.-395 с.

113. Блинов С.П. и др. Численное решение задачи термодиффузии при различных краевых условиях. Физико-химия обработки материалов. 1992, №1, с.46-49

114. Константы взаимодействия металлов с газами. Спр-к. под ред Колачева Б.А и Левинского Ю.В. М.: Металлургия, 1987. -368 с.

115. Thelemis N.J. et al. РЖ Металлургия, 1967, 7А81; McKewan W.M. РЖ Металлургия, 1967, 5А117.

116. Люлько В.Г., Олейников Д.В., Хлебунов С. А. Моделирование химико-термической обработки порошков в вибрирующем слое // // П Межд.н.-техн.конф. "Актуальные проблемы химии и химической технологии "-"Химия-99", 18-20 окт. 1999. Иваново, 1999,с.46 -47.

117. Ванюков А.В., Исакова Р.А., Быстров В.П.Термическая диссоциация сульфидов металлов.-Алма-Ата, Наука, 1978. -272 с.

118. Eisen und Stahlpulver fuer die Sintertechnik/ Mannesmann Demag Huettentechnik. 5.921.d/r 02/01.90.12 P.

119. Бровер Г.И., Бровер А.В., Кацнельсон М.Л., Холодова С.Н. Структурные аспекты износостойкости материалов после обработки концентрирован-ными потоками энергии. Ростов-н/Д.: 1999 Деп.ВИНИТИ 03.03.99, №667-В99.

120. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. -Новосибирск : Наука. Сибирское отделение, 1991.-183 с.

121. Salak A., Selecka M. Wear Behavior of Carbon and Low Alloyed Sintered steels. Powder Metallurgy Progress, Vol.2, No4, pp.231-242

122. Slesar M., Danninger H., Suelleiova K. Microstructure Formation and fracture Processes in Fe-C Systems Sintered in Nitrogen. Powder Metallurgy Progress, Vol.2, No4, pp. 199-211

123. Хлебунов С.А. Конструкционные и антифрикционные порошковые материалы на основе сульфидированного железного порошка // Матер. Межд.н.-т.семинара, г.Свалява, АТМУ, Киев, 2004,с.201 -204

124. Люлько В.Г., Жмайлов Б.Б., Хлебунов С.А., Лебедев А.О. Концепция моделирования свойств порошковых материалов по эмпирико-статистическим симплексным диаграммам // в 11. с.84-87.

125. Хлебунов С.А., Люлько В.Г., и др. Кинетика поверхностного насыщения серой железного порошка при химико-термической обработке в вибрирующем слое// Инженерия поверхности . Матер, межд. н.-т.конф. 27-29 мая, г.Ялта. Киев. 2003, с. 255-258

126. Люлько В.Г, Жмайлов Б.Б.,., Хлебунов С.А., Артамонов И.Е. Подбор и анализ составов и свойств порошковых материалов по функциональным зависимостям в тройных системах композиций // Материалы Межд.ню-т.конф. Минск, Тонпик, 2004. С.

127. Паничкина В.В.,Уварова И.В. и др. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков.-К.: «Наукова думка», 1973.168 с.

128. Справочник по триботехнике. В 3-х т. под ред.А.В. Чичинадзе .М.-Варшава, Машиностроение, 1990.

129. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. 2-е изд. .К.: «Наукова думка», 1990.-264 с.

130. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. -526 с.

131. Скориков А.В., Шишка В.Г. и др. Повышение эффективности обрабатываемости резанием. XVI Всес.конф. по ПМ.-Свердловск, 1989, с.56

132. Salak A., Danninger Н., Selecta Е. Machinery of Powder Metallurgy Steel. Cambridge, 2005, 650 PP.

133. Междунар. науч.-техн. семинара, г. Свалява, 24-26 февр. Киев, 2004, с. 201207.

134. Гриценко В.В., Люлько В.Г., Хлебунов С.А., Малофеева С.А. Некоторые статистические методы анализа качества производства порошковых изделий // Матер.б-й Межд.н.-пр.конф.26-28 сент.2006. Ялта. К., 2006.С.31-34.

135. РП ''Южз нергопром''/'^ Заковоротный1. Ч0Щiyl <i\ (;7 rреля1997 г.

136. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯна "Установку для химико-термической обработки порошков в вибрирующем слое" ПИ-8

137. Назначение* устройство и работа установки*

138. Положением дебалансов (14) устанавливается требуемая амплитуда колебаний (0.5-3 ми)* а частота колебаний (000-1500 кол/мин») обеспечивается электромеханическим приводом от ДПТ и регулируется с помощью ЛАТРа

139. Дисперсный иатериал загружается с коэффициентом заполнения реактора О * 6-0,9

140. Среда в рабочей пространстве

141. Порядок работы на установке»

142. Обрабатываемый материал загружается вручную в холодный реактор до заданной степени заполнения- Далее включают вибратор и нагреватель* и проводят процесс ХТО.

143. После выдержки необходимого времени и прохождения процесса XT0, реактор охлаждают* не снимая наложенных на него вибраций, до температуры* приемлемой для выгрузки (50-70 С)* выключают вибратор* снимают и разгружают контейнер*