автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Формирование алюминиевых порошков в процессах производства спеченных заготовок

са1жт-петербургский тешкескйй лшерситет

йз правах рукописи

Ш 621.762.016.3

Иванов вллдаир Николаевич

ФОРМОВАНИЕ АЛШЙШЕБЬК ПОРОШКОВ В ПРОЦЕССАХ ПРОИЗВОДСТВА СПКЧЕНШХ ЗАГОТОВОК . . . • . .

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

Автореферат диссертации на оопсшшэ ученой степени кандилага твхгагеослих гаук

Санкт-Петербург 1991

/ х У У : у •- -/ У '/ - I

Работа выполнена на кафедре "Пластическая обработка металлов' Санкт-Петербургского технического университета.

Научный руководитель: лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук,профессор А.К.Григорьев

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

К.К.Мартене

кандидат технических наук,старший научный сотрудник С.Е.Виноградов

Ведущее предприятие: а/п "Композит" г.Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится " " февраля 1992 года в 16 часов на заседании специализированного Совета Д 063.38.1? Санкт-Петербургского технического университета по адресу: 195251, г.Санкт-Петербург, Политехническая ул.,29.Химический корпус,ауц. 51

. Отзывы на автореферат ъ двух экземплярах,заверенные печатью учреждения,направлять по указанному адресу университета.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке технического университета.

Автореферат разослан " //"ЯМби/з*года

Ученый секретарь специализированного

совета,доктор технических наук » ■ В.А.Допота

I

ФОШЗВАНПЗ АЖГ.ШШВЫХ ПОРОШКОВ В ПРОЦЕССАХ ПРОИЗВОДСТВА СПЕЧЕННЫХ ЗАГОТОВОК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работн, Непрерывное развитие техники выдвигает задачи изыскания новых материалов с высокими эксплуатационными свойствами и широкого внедрения прогрессивных технологических процессов в производство. В этом отношении перспективными являются методы порошковой металлургии, позволяющие получать изделия, которые с успехом могут заменить таковыэ из лдтого материала при лучших технико-экономических показателях. Кроме того, порошковая металлургия дает воз-мошюсть полупить изделия со свойствам!, которые невозможно получить другими методами. Вмэсте с тем, развитие порошковой металлургии спя-" заио с непрерывным совершенствованием технологических процессов формования, так как прочность носпеченного материала является важным технологическим свойством перед последующим спеканием. Операция формования определяет возмогаость получения изделий требуемой геометрической формы и в ое лроцессе закладываются основы физико-механических свойств спеченных заготовок. Плотность спрессованных брикетов и распределение ео по объему спрессованного брикета во многом определяют конечные свойства и качество получаемых изделий. Недостаток информации об экспериментальных исследованиях, например предела прочности носпеченных заготовок, создает определенные трудности при разработке технологических процессов.

В последние годы интенсивное развитие получает теория пластичности пористых материалов. Усилиями советских и зарубежных ученых предложены варианты построения феноменологических теорий пористых материалов, имеющих больегое значение для развития современной теории обработки металлов давлением. Вместе с тем, применение порошковых заготовок в промышленности выдвигает ряд принципиально новых нзучно--техчичоских проблем как в области теории, так л технологии деформирования материалов,обладающих большей или меньшей степенью несплошности (пористости). Поведение порошковых материалов в процессах преосоггчшя (формования) отличается, цроззде всего, развитыми процессами уплотнения, что в конечной итого ведет к необходимости построения слецпалыгоЛ теории, а такш методой физико-мохпшггеского анализа и расчет. При эхом гтетляотся актуальность систематических псследо-

ваний конкретных пористых материалов, оснащения предлагаемых физических уравнений данными, характеризующими в обобщенном виде уплотня-емость материалов, их сопротивление пластической деформации, склонность к переходу в пластическое состоите, упругие свойства и г.д.

Б различных отраслях промышленности для улучшения качества и

• снижения металлоемкости изделий в последние годы происходит постоянное увеличение доли цветных металлов в общем объеме потребления металла. Эро увеличение происходит, главным образом, за счет алюминия, производство которого в последние десятилетия увеличиваются самыми высокими темпами. Порошковая металлургия - одно из перспективных и быстро развивающихся направлений металлургии алюминия как в нашей стране, так и за рубежом. Одним из преимуществ порошковых изделий из алюминия является энергосберегающая технология их получения: для прессования изделий из порошка алюминия с тем же уровнем остаточной пористости требуется существенно меньшее усилие, чем при прессовании железного порошка, а температура спекания алюминия немного ниже температура спекания железа. Изделия из алюминия обладают высокой коррозионной стойкостью. В роде случаев алюминиевые порошки могут заменить порошки дефицитных металлов.

Порошки алюминия в широких масштабах используются металлургической и химической промышленностями. Однако при производстве деталей

• машин порошковые материалы находят пока лишь ограниченное применение

• главным образом при изготовлении изделий специального назначения с уннкалышш служебными свойствами из спеченных алюминиевых пудр (САП) и спеченных алюминиевых сплавов (САС).

Одной из причин такого положения являются трудности, возникающие при спекании порошков алюминия, а также отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по технологии обработки заготовок из алюминия и ёгй сплавов.

К сказанному следует добавить, что актуальной остается задача ■ . создания доступных инженеру методов решения конкретных технологических задач обработки давлением.

. В связи с изложенным, работа посвящена анализу механизма уклот-; нения и процесса формования порошковых материалов на основе втткиг. ■< я его сплавов. . '

-дУ ' ; : Йедъю Работа является разработка методов расчета пластического ■,/•:, деформирования порошковых алюминиевых материалов в технологических :-Г процессах «X фо®ы»и*менеявд а уплотнения, теоретическое и эксперт®

галшое определение физико-механических свойств неспеченных заготовок, разработка технологических процессов получения деталей из порошков алюминия и его сплавов.

Нетолн исследования» Исследование физико-механических характеристик к свойств пористых материалов, параметров формовки и уплот-генпя, спекания и калибровки проведено с использованием стандартных летодшс определения раамера и формы частиц, уплотняемости и формуе-лостп, прочности прессовок, планирования эксперимента, теории размерностей и подобия. Анализ уплотнения, определение параметров рео-югичесяого уравнения и процессов формования осуществлялось с прию-гешюм ЗВМ. Измерение температура производив при помощи термопары гипа "хромель-капель".

Научная новизна работы заключается в создании научно-обосно-гашой методики построения реологического уравнения эллиптического тда применительно к предварительно неспеченнш порошковым заготов-ам в широком диапазоне изменения пористости. Разработана методика цредедения параметров реологического уравнения и получена аналити-:еские зависимости для них. Впервые определена аналитическая.зави-имость для параметра, характеризующего разносопротивляемость порис-ого материала растяжению-сжатию.

Практическая ценность и промышленная реализация. ВэзрЗотанные хеш расчетов формования и уплотнения интерпретированы-в форме, оступной для применения инженером-технологом, владеющим вычислите-ьиой техникой. Разработан и освоен технологический процесс изго-овленпя деталей шкронагнетателей . (12 типоразмеров) из спеченного лотиниевого сплава типа САС.

Результаты диссертационной работы использована при разработке эхпологических процессов , на предприятии „ иНКОП" экономическим аффектом 14,05 тыс. руб. в год.

Апробация работы. Основные положения и результата дассертацяои-зй работа доАенн на республиканской научно-технической конференции Гехиология производства изделий из порошков цветных металлов" (г. ;взстополь, апрель I990 г.), на зональном семинаре "Порошковая-мв-илургия и области ее применения" (г.,Пенза, июнь 1990 г.),,на Все-<пзиок шучно-технлческом семинаре-"Расширение объема а повышение х*ект;шности применения изделий из металлических порошков на зэво-х отрасли" (г. Волгоград, ноябрь 1990 г.), на краткосрочном сош-

наре "Порошковая металлургия и композиционные материалы" (г. Ленинград, декабрь 1990 г.). Диссертационная работа долоиена и обсуждена на научно-техническом семинаре кафедры "Пластическая обработка ме-. галлов" Санкт-Петербургского государственного технического университета (ноябрь 1991 г.).

Публикации. По теме диссертщш опубликовано 6 работ.

Структура и объем роботы. Диссертация содержит 147 страниц машинописного текста, 44 рисунков, 18 таблиц. Работа состоит чз введения, 4 глав, списка литературы (165 наименований) и приложения (7 страниц). Приложение содержит документы, связанные с внедрением результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вводешпг обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследований. В частности, показаны первоочередные задачи по внедрению и использованию порошковых заготовок на основе алюминия и его сплавов в промышленности.

В первой главе проведен анализ технологических процессов изготовления порошковых заготовок и области та применения в промышленности, а такке обзор литературы по существующим в СССР и за рубезТО' порошковым алюминиевым материалам и современному состоянию теории пластичности пористых материалов.

Одним из направлений решений проблем ресурсосбережения в промышленности является более широкое использование алюминия как конструкционного материала. В сравнении с применением заготовок из железных порошков использование пористых алюминиевых заготовок происходит с заметным отставанием. Это объясняется особенностями уплотнения и физико-химических процессов, протегающих при контактировании алюминиевых порошков и недостаточной их изученностью. Этим объясняется повышенное внимание, которое уделяется технологическим разработкам в области порошковой металлургии алюминия в промшленнс развитых странах.

Особое внимание -вызывает производство полуфабрикатов и издели! из алюминиевых порошков. Порошковая металлургия алюминия и его спле _вов открывает широкие перспективы для новнгюшя свойстз издечзй, 4

обеспечивает возможность создания легккх термо- и коррозионностойких материалов, изделий с заданной структурой и ьористостно.

Производимые затраты на исследование и разработки оправдываются высокими служебтми свойствами материалов и изделий из алюминиевых распыленных сплавов. Как показывает опит внедрения соответствующих технологий, достигается уменьшение производственных затрат, прежде всего за счет большей стойкости инструмента, а также меньших температур и времени спекания алюминиевых заготовок.

Одной из важнейших технологических операций порошковой металлургии является операция формования порошковых материалов, определяющая не только форму и размеры изделий, но и их конечные физико-механические и эксплуатационные свойства. В СССР и за рубежом изучению поведения пористых сред при пластическом деформировании уделяют особое внимание, потому что интенсивность процесса уплотнения порошковых материалов но только зависит, но и, в основном, определяется условиями разрушения исследуемых материалов. Формование алюминиевых порошков не вызывает каких-либо затруднений (кроме налипания алюминия на инструмент) в связи с их высокой пластичностью и низкой твердостью. Повышенный интерес вызывают процессы, протекающие при уплотнении алюминиевых порошков в процессе компактированпя, а также получаемые физико-механические свойства прессовок и их влияние на производство спеченных заготовок.

Обработка порошковых материалов сопровождается процессами деформации и уплотнения, что делает невозможным использование традиционных теорий пластичности и, наоборот, га передний план теоретических исследований выдвигаются разработки для изотропной пористой среды.

В настоящее время существует два принципиальных подхода к анализу процесса прессования пороиковнх Вд' ериалов» Первый подход использует дискретно-контактные модели пористого тела. В этом направлении характерны работы М.Ю.Балышша, Г.МДцановича, В.С.Смирнова, И.Д.Радомысельского, П.Н.Павлова и некоторых других. Начиная с середины 60-х годов интенсивно развивается: второй подход, основанный на феноменологических предпосылках течения и уплотнения некомпактных гол, в основе которого лежит континуальная модель порошкового и пористого тела и теория пластического и вязкого течения материала. В этом гопртвлении основополагающее значенио имеют работы советских и зарубе::;шьх учечшх В.В.Скорохода, П. JI. Колмогорова, Г.Я.ГУнз, О.В.Романа, С.С.Кинлрисова , Ю.Г.Дороф^-ва, 'Я.С.Ковальченг.о, А.К.Григорьева,

5

М.Б.Штерна, И.Ф.Мартыновой, В.М.Сагала, Н.Н.Павлова, Г.Л.Петросяна, В.Е.Перельмана, П.А.Витязя, В.Н.Анциферова, А.М.Лаптева, Б.А.Друяно-ва, Р.Дк.Грина, Х.А.Куна, М.Ояно, С.Шиш и других.

Узловыми вопросам! феноменологических теорийдаотнения и деформации порошковых и пористых материалов являются: формулировка условия перехода в пластическое состояние пористой среды, а также построение физических уравнений связей компонентов тензора напряжений и компонентов тензора деформаций. Характерно, что по мэре разработки элементов различных теорий наблюдается постепенное их сближение. Наибольшей достоверностью и четкостью обладает теория хорошо спочен-ных, хотя и пористых тел. То же можно сказать и о теории обработки давлением сыпучих сред. Что касается механики промежуточных состояний, то эта область исследований находится в начальной стадии.

Комбинированная континуальная теория с учетом структурного моделирования дает возможность построить более точную физическую модель процесса уплотнения (в широком диапазоне изменения плотности) и деформирования порошковых материалов с учетом проскальзывания и поворота частиц, хрупкого разрушения, линейных размеров частиц и пор, локальной неоднородности деформации и др. Поэтому исследования в этой области, а также разработка модели и методов расчета поведения порошковых материалов в процессах формования являются актуальными.

Во второй глава проанализирован механизм уплотнения порошковых материалов при формовании и показан физико-механический подход, лежащий в основе построения реологического уравнения. Рассмотрен и математически определен механизм взаимодействия гидростатики и касательных напряжений при формовании порошковых материалов.

Сформулированные основные положения анализа механизма уплотне-, ния порошковых материалов позволяют представить процесс прессования металлических порошков от исходной (насыпной) плотности до требуемой, как наложение двух непрерывно протекающих процессов. Одним из процессов является непрерывное разрушение пористой среда в процессе пластической деформации под действием гидростатического давления со, прововдаодиеся разгрузкой в местах разрушения с одновременным уменьшением интенсивности'касательных напряжений. Другим процессом являет ся непрерывное увеличение чиола контактов за счет-уплотнения и развития числа и площади контактов вследствии увеличения поверхности разрушенного материала матрицы (основы), которое приводит к увеличэ-- 6

нию интенсивности касательных напряжений при увеличении гидростатического давления.

Математической формулировкой этих двух протекающих процессов, подчиняющихся обобщенному закону Кулона, является пересечение данных процессов, характеризующиеся операцией произведения двух величин:

где Ч - касательные напряжения по площадке сдвига в материале; -- гидростатическое давление; Д, - коэффициенты внутреннего трения в месте контакта частиц, характеризующие интенсивность изменения способности материала сопротивляться сдвигу о ростом нормальной компоненты вектора напряжений; К/ , Кг - условные коэффициенты сцепления частиц материала.

Процесс возрастания напряжений и релаксации в местах контакта в выражении (I) учитываются знаками при величине & . Это положение является расширением постулата А.А.Ильюшина о влиянии гидростатического давпетт на интенсивность касательных напряжений.

После преобразования уравнение (I) примет вид:.

Уравнение (2) является каноническим уравнением эллипса и описывает условие пластичности порошковых материалов в процессе формования. На с£ -6~о плоскости уравнению (2) при каждом фиксированном значении плотности у соответствует эллипс с полуосями А и В , определяемые выражениями:

Роль пористости П в> процессах растяжения и сжатия различна. При сжатии П уменьшатся, являясь упрочняющим параметром. При растяяогаге материал разрыхляется, пористость возрастает, при этом являясь разуи-рочняюшм фактором, В условии пластичности (2) величина С учитывает эффект разносоиротивляомости пористых материалов растластго-сжа тяга и определяется выражением:

П-ЛйсЛА.— (4)

На Я-бо плоскости условию пластичности (2) будет соответствовать эллипс несимметричный относительно качала координат (рис. I).

Выражения для А , В и С , определяемые уравнениями (3, 4), являются функциями плотности, то есть функциями состояния материала, имеющие глубокий физический смысл, определяемый процессами, происходящими на микроуровне.

Анализ литературных данных показал, что существующие аналитические зависимости параметров условий пластичности эллиптического виде отражают реальное поведение пористых материалов только при достаточно больших плотностях, причем для хорошо спечешшх материалов. Аналитические выражения для параметра С неизвестны. Однако указывается, что по мере уплотнения эта величина стремится к нулю.

Уравнение (2) имеет три неизвестных параметра А , В и С , следовательно для определения этих параметров необходимо провести три независимых испытания. Традиционными испытаниями пористых материалов являются одноосное растяжение, одноосное сжатие и срез. Стабильные результаты на растяжение были получены только при испытании образцов плотностью более 0,75. Метод испытания та осадку и срез позволяет определять свойства порошковых заготовок без их предварительного спекания. При проведении экспериментов учитывалась исходная плотность образцов. Образцы для испытаний с относительной плотности 0,80; 0,85; 0,90; 0,95 получали из алюминиевого порошка ПА-4 крупность» менее 315 мкм, плотность определяли гидровзвешиваниом. ■ . Результаты испытаний образцов использовали для расчета и 0)о " 8

по зависимостям 6*с (+ сжатие, - растяжение).

Полученные три точки описывают предельное-состояние материала конкретной плотности. Параметры условия пластичности (2) определяли совместимы решением система из трех уравнений:

С .

(5)

< + "

Чс,, С1 .

А" + &1 '

Лг

где боа , б"о с* - гидростатическое давление соответственно при

I Г" П- г-

растякеши и сжатии; ¿^ , , - касательные напряжения по

площадке сдвига материала соответственно при растяжении, срезе и елатин.

Определив параметры условия пластичности (2), построение поверхностей нагрукения в координатах Т- в зависимости от отноагге-льной плотности не представляет затруднений (рис. 2). Размер полуосей поверхности нагрукения А и Б как по гидростатической оси, так и по оси, характеризующей интенсивность напряжений, зависит от пористости. Чем больше пористость, тем меньше полуоси. При этом с увеличением плотности заготовок происходит поворот большой полуоси эллипсов на угол . Это объясняется тем, что на ранних уплотнения изменение объема происходит как за счет уменьшения размера пор, так и за счет затекания матричного материала в норы, причем объемные деформации являются доминирующими. По мере уплотнения материала наступает момент, когда при плотности 0,93 вклад гидростатической и сдвигающей составляющих условия пластичности (2) одинаков. Это означает, что поверхность нагрукения в координатах представ-

ляет окруяность диаметром А'В , что подтверждается при экспериментальных исследованиях. Бри уплотнении материала вдаед«5 0,93 необратимые деформации осуществляются в основном за счет касательных напряжений, то есть по мере приближения пористого материала к компактному 6о но сказывается, а при 9 = I 6"0 = 0. Графическая зависимость параметров А , 3 я С от относительной плотности & представлена на рпс. 3.

При плотности0*{ порошковый материал приближается к компактному. Параметр Д э этом случае стремится к пределу текучести на

Ъ.МПа

1 1

1

& 1 1

\В--0?й

!

•¿а а

Рис. 2. Ввд поверхности нагрукения при формовании алюминиевого порошка ПА-4 в зависимости от относительной плотности

Виг. 3. Зависимость параметров условия пластичности в зависимости от относительной плотности

сдвиг материала основы, го есть^-^. Параметр В . характеризующий влияние гидростатического давления на уплотнение пористых материалов, стремится к», так как компактные материалы несжимаемы и неизменяют объема при приложении (и . Параметр С при 6-1 стремится к ^ , но величию (.6с + С )2/б ' в уравнении (2) при 6-1 ъ пределе должна быть равна нулю, то есть

(6)

тогда поверхность натружения в виде эллипса вырождается в прямую, параллельную оси во • Условие пластичности (2) переходит в условие пластичности Сен-Венана-Треска С* $ . Так как при йследовательно, условие, накладываемое на параметр С естьС<В*

В предельном переходе при насыпной плотности порошковый материал представляет собой сыпучий материал, который должен подчиняться обобщенному закону Кулона-Мора. Условие пластичности (2) примет вид

^¿-Ю^АХ , (7)

где величинаг С/28г характеризует коэффициент внутреннего трения; величинаЛ-А^Д2 определяет "коэффициент сцепления.

Учитывая характер изменения кривых (рис. 3) аналитические зависимости для параметров А , В> и С представим в виде

, I_ ,

где йе'г&е - эмпирические коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов по экспериментальным данным, при этом погрешность менее 1С$. .

В качестве примера решена задача формования в жесткой цилиндрической матрице с учетом трения на стенках с использованием условия пластичности (2) и зависимостей (8). Рэшше задачи реализуется на ®Н. ПРИ этом имеется возможность'Широкого варьирования технологичес-

II

кими, физическими и геометрическими параметрами. В случае необходимости, по заданным свойствам заготовки перед спеканием определяются требуемые характеристики процесса формования, обеспечивающие необходимые свойства. Возможно решение и обратной задачи.

В третьей главе проведено экспериментальное исследование физико-механических и деформационных характеристик пористых алюминиевых материалов.

В диссертации при реализации программы экспериментальных исследований использовались порошки алюминия ПА-4, а также порошковые материалы на основе алюминия, относимые к классу деформируемых, в частности распыленные сплавы и смеси порошков системы й£- Си и системы Md-Üi . Гранулометрический состав исходных порошков был представлен частицами размером от О до 315 мкм.

При изучении влияния гранулометрического состава на прочность сформованных заготовок выявлено, что все смесевые варианты имеют прочность в 1,5-2 раза ниже, чем у образцов, полученных прессованием чистых фракций. IIa прочность заготовок большое влияние оказывает давление прессования. Показано, что увеличение давления выше 200 МПа не приводит к увеличению прочности заготовок.

Большое значение для инженерной практики имеют экспериментальные кривые уплотняемостп порошков. В работе показано, что уплотняе-мость крупных фракций вше, чем мелкодисперсных, что, по-видимому, объясняется относительно большим содержанием окислов в мелкодисперсных порошках. Кроме того, при использовании мелкодисперсных порошков наблюдается повышенный износ- и заедание пресс-формы.

Отметим, что при изучении уллотняемости использовались так смеси порошков чистых металлов, так и порошки сплавов, имеющие одинаковый химический состав, но- отличающиеся по способу получения. Гз ьгих порошков формованием получали заготовки и образцы для испытаний. Для двойных алюминиевых сплавов с ыодыэ содержание меди составляло от О др 7,5$. По результатам формовки порошков строились зависимости вида

где йс и üi - эмпирические коэффициенты; р - среднее контактное давление формовки.

Эти эксперименты проводились для бинарных сплавов системы ¡¡£-¿1 • В процессе эксперименталшой формовки порошков показано, 12

что при одинаковом химическом составе и получаемой конечной пористости усилие при прессовании порошков сплавов значительно больше, чем при прессовании аналогичных по составу смесей порошков.

Экспериментальные значения уплотпяомости алюминиевого порошка ПА-4 хорошо корродируются с данными, рассчитанными по методике, предложенной в главе 2.

При изучении неоднородности уплотнения порошков при формовании было обнаружено сущэственно нелинейное распределение плотности от координаты 2 - расстояния от пуансона, котороо объясняется особенностями развития сил контактного трения и продольных напряжений . В нижней части брикета, при сравнительно умерзшшх контактных давлениях, силы третья подчиняются законам сухого трения и нарастают пропорционально давлению (>t , где у- коэффициент трения. В более высоколежащих слоях силы трения достигают своей предельной величины (предела текучести при чистом сдвиге) и вплоть до самого пуансона остаются примерно постоянными. Именно наличие этих двух характерных участков объясняет общую картину изменения плотности прессовок по высоте, что подтверждается теоретическими расчетами.

В работе исследовалось спекание сформованных заготовок в различных средах. Спекание производилось в вакууме, на воздухе, в азоте, и в защитном контейнере. Опыты по спеканию на воздухе не дали положительных результатов, что вызвано технической трудностью необходимого в этом случае быстрого нагрева и точного поддержания требуемой температуры спекания. Наилучше по качеству заготовки дает вакуумное спекание алюминиевых порошков. Однако в этом случае, помимо высокой стоимости операции возникает ряд дополнительных технических сложностей, связанных с обеспечением достаточной глубины вакуума. Пористые материалы при холодной формовке захватывают из атмосферы большое количество газов, которые адсорбнруясь при нагреве, не позволяют получить необходимую степень откачки. Кроме того, смазки, вводимые при прессовании пороыка, при спекании выгорают и вызывают загрязнение рабочего пространства пота. Это заставляет применять специальные, подробно описанные в диссертации, режимы спекания. Хорошие результаты получены при спекании заготовок в азоте и защитном контейнере.

В четвертой главе представлен конкретный технологический процесс получения заготовок корпусов микрокомпрессоров лз порошкового алгомшшового сплава типа CAO. Алюминиевый сплав типа CAO, имеющий коэффициент линейного расширения близкий к стали широко применяется

для изготовления прецизионных деталей приборов и других изделий., работающих в паре со стальными.

В процесса разработки технологии определены два схемы получения заготовок корпусов, предусматривающие использование порошковых полуфабрикатов марок С АС .1-50 и САС 1-400 (ТУ .1-4-038-78; ТУ 1-4-042-82) и распиленных порошков алюминия марок САС 1-50:'и САС 1-400 (ТУ 48-0107-42-80).

Холодная формовка труднооетществима из-за малой пластичности «плавов типа САС. Выявлена возможность горячего деформирования вц-"сокоокислениых алюминиевых порошковых сплавов с большими степенями деформации. Разработанная технология горячего деформирования сплавов типа САС обеспечивает получение .заготовок с плотностью, близкой к компактному материалу, при этом установлено влияние .температуры, степени предварительного уплотнения. Кроме того, спроектирована и изготовлена универсальная оснастка для горячего и холодного деформирования порошковых алюминиевых материалов, позволяющая проводить работы по формовке, штамповке, прессованию, выдавливанию .заготовок и деталей.различной конфигурации в широком диапазоне изменения температурных .и силовых параметров.

Исследование .термической обработки, включающей высокотемпературное термопщлздование, тепловое:циклическое.воздействие и .низкотемпературное -щпашрование позволило выявить возможность. повышения релаксационной ^стойкости спеченных алюминиевых сплавов (САС) на 55$ по сравненшэ со стандартной термической обработкой.

•'ОСНОВНЫЕ,ВЫВОДИ ПО РАБОТЕ

1. На основе ^анализа существующих математических моделей поведения пористых материалов при : пластической деформации рассмотрен и математически сформулирован механизм уплотнения порошковых, материалов при формовании. Механизм . уплотнения порошковых материалов представлен наложением: двух'непрерывно, протекающих процессов: разрушением и разгрузкой в:местах.разруш&ния и увеличением, за счет уплотнения, числа и площади контактов.

2. Получено .реологическая уравнение поведения порошковых материалов при формовании, позвояяещоо определять технологические параметры процесса $■ широком, диапазоне изменения плотности пористых тел.

3. Разработана универсальная методика и определены параметры Л,

Äh С реологического уравнения (условия пластичности). IIa примере алюминиевых порошков получены аналитические зависимости для них.

4. Впервые определена функциональная зависимость параметра С , характеризующего разносопротивляемость пористого материала растяжению-сжатию, от плотности, причем по мере уплотнения величина С"^.

5. Теоретически и экспериментально (применительно к алюминиевому порошку ПА-4) определена плотность перехода, когда необратимая деформация теряет местный характер и переходит в пластическую деформацию во всем объеме. Поверхность нагружешш при этом в плоскости; ty'&c представляет окружность радиусом А = 6 .

6. Анализ теоретического и экспериментального исследований, поведения порошковых материалов при формовании показал, что предложенная реологическая модель позволяет не только определить свойства спрессованных заготовок, но и рассчитать необходимые технологические параметры формования для получения изделий с требуемыми, для. качественного спекания, свойствами.

7. Эссперименталшо установлено существенное влияние на уплот-няемость и прочность при формовке алюминиевых порошков способа получения, химического и гранулометрического составов исходной шихты. Уилоткяемость крупных фракций' выше, чем мелко дисперсных» увеличение давления формовашя выше 200 Illa не приводит к увеличении прочности заготовок. Наиболее высокие значения уплотняемостк и прочисти наблюдаются в диапазоне крупности +63-100 was.

8. На основе несведённого исследования влияния различных факторов на распределение плотности по объему брикета выявлено, и теоретически обосновано, существенно нелинейное распределение плотности по высоте при одностороннем прессовании, причем высота брикета, (при постоянном диаметре и давлении) не оказывает влияния на характер распределения плотности.

9. Установлено влияние на свойства получаемых заготовок исходной пористости, времени и температуру спекания, а также режимов поо-ледукзего'' охлаядегшя. Разработаны рекомендации по региональному режиму спекания в зависимости от хими^эояого состава материала и среда спекания, что позволяет прогнозировать свойства деталей из порошков алюминия и его сплавов на стадии проектирования технологического 151 оцесса. ■ > . • . • . ' -

10. При легировании порошков йлшлшя медью и кремнием выявлено суцзсгвенпоб значение способа получения исходаой иихтн. Прэдпочте-

ние отдается материалам, полученным из смеси порошков различных металлов, а не из порошков, распыленных из жидких сплавов.

II. Проведен анализ порошковых материалов на основе алюминия и его сплавов, выпускаемых в СССР и разработна технология изготовления конкретных деталей из порошкового алюминиевого сплава типа САС с ожидаемым экономическим эффектом от использования САС вместо легированных сталей 14,05 тыс. руб./год.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Лапин В.В. и др. Расчет усилия торцераскатной прошивки/ В.В.Лапин, В.М.Авдеев, В.Н.Иванов, А.Ф.Фомичев, З.Е.Юргенсон//йзв. вузов. Черная металлургия. - 1989. - й 9. - С. 78-80.

2. Исследование возможности получения заготовок корпусов микрокомпрессоров из алюминиевого сплава типа САС: Отчет о НИР (заключ.)/ Ленингр. политехи, ин-т; Руководитель А.К.Григорьев. - Ш ГР 0I8Ü 0025499; Инв. Я 0287651459. - Л., 1990. - 112 с.

3. Получение точных заготовок и деталей из порошкового алюминиевого сплава типа САС/ А.К.Григорьев, А.А.Григорьев, В.Н.Иванов и др.: В сб.: Расширение объема и повышение эффективности применения изделий из металлических порошков на заводах отрасли. - Волгоград, 1990. - С. 5S-6I.

4. Григорьев A.A. и др. Неоднородность уплотнения порошков при прессовании в глухую цилиндрическую матрицу/ А.А.Григорьев,

B.Н.Иванов, А.Э.Александров: В сб.: Порошковая металлургия и области ее применения. Тезисы докладов к зональному семинару 11-12 июня 1990 г. - Пенза: ПДНТП, 1990. - С. 29-30.

5. Григорьев A.A. и др. Газноплотность при формовке цилиндрических заготовок в жесткой пресс-форме/ А.А.Григорьев, В.Н.Иванов,

C.Г.Фомин, А.Э.Александров: В сб.: Порошковая металлургия и композиционные материалы. Материалы краткосрочного ссминара 13-14 декабря 1990 г. - Ленинград: jyffiTll, 1990. - С. 31-33.

6. Григорьев A.A., Иванов В.Н. Деформация и уплотнение пористых материалов прямым ввдавлкванием//Изп. вузов. Черпая металлургия. -- 1991. - Jí> 5. - С. 48-50.

7. Куликовский Д.Н., Григорьев A.A., Иванов В.Н. Теоретический анализ процесса холодной прокатки пористой опочопнои заготовки// Изв. вузов. Черная когпллургпя. - 1991. - J," 3. - С. 52-55.