автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Механохимическая переработка стружкоотходов стали Р 6 М 5 в порошок, получение изделий на его основе

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РЕВА Виктор Петрович

МЕХАНОХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА СТРУЖК00ТХ0Д0В СТАЛИ Р 6 М 5 В ПОРОШОК ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.16.06— Порошковая металлургия

композиционные материалы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-1993

Работа выполнена на кафедре „Технология металлов и металловедение" Дальневосточного государственного тех-^ ннческого университета.

Научные руководители—

Официальные оппоненты—

Ведущее предприятие-

доктор технических наук, профессор

ГОРОХОВСКИЙ Г. А., канд. техн. наук, доцент ПОПОВИЧ А. А.

доктор техн. наук, профессор БУЛАНОВ В. Я., канд. физико-математ. наук» в. н. с. ПЕЩЕРЕНКО С. Н.

Институт Химии ДВО РАН

Защита состоится „ & 1993 г. в 10 часов

на заседании Специализированного Совета К.063.66.06 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Пермском государственном техническом университете по адресу: 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан „ " 1993 г»

Ученый секретарь Специализированного Совета К.063.66.06 ^у/

кандидат технических наук ШиимСШШ,

М. И. Шишкина

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность р'гбогы, Одной из основных проблем научно-технического развития производства является увеличение эффективности использования металла за счет улучшения качества выпускаемой продукция и применения безотходных технологических процессов, Применительно к инструментальному производству это достигается путем увеличения ресурса работы режущего инструмента из быстрорежущих сталей. Инструментом из этих сталей удаляется 75% общей массы металла, сшшаемого с заготовок при обработке резанием» Вместе с тем,непрерывный рост инструментального производства увеличивает количество отходов,образующихся при изготовлении инструмента, Традиционный способ рециркуляпии струтасо-отходов - переплав. Однако при таком способе переработки угорает около 30% металла, предце всего,легирующие элементов - хрома, никеля,вольфрама,ванадия,молибдена и других,а продукты угара засоряют экологическую среду. Целесообразнее превращать струяку в металлический порошок путем размола. Размол вязкоупругих тел, металлов тробуот больших энергетических затрат. Снижение последних и повышение производительности оборудования достигается путем использования поверхностно-активных веществ (ПАВ), Кидкие ПАВ пртшосят в обрабатываемую среду много растворенного воздуха, кислород которого окисляет размалываемый металл. Поэтому дет этой дели нужно применять такие материалы,которые не характеризовались бы этим недостатком. При помоле металл необходимо освобождать я от вредных примесей : кислорода,серы и других.

Данная работа посвящена разработке технологии механохими-ческой переработай стружи стали Р6М5 в порошок с последувщим изготовлением из него пластин для сборного режущего инструмента, а также оптимизации реяимов термической обработки порошковой быстрорежущей стали,полученной из стружки,

Целью работы является разработка оптимальных режимов дезинтеграции струякоотходов совместно с твердофазным поворхностно-активнш веществом,кошактярования и термической обработки металлорежущего инструмента, изготовленного методом перокговой металлургии,Для достижения ото;': цели в работе необходимо было решить следующие задачи :

I.Обосновать выбор ПА5,а также изучить фазиг.о-хшическио и струг.турно-'пазорцо превращения,сопрово^ацго механообработку гетероЪсзно?. кетаялооргаакческой систем*

¿, Изучить технологические свойства порошков,полученных диспергированием струетсоотходов с высокомолекулярными соединениями, особенности компактирования и термообработки изделий из порошка быстрорежущей стали.

3, Оценить механические свойства инструмента из порспковой быстрорежущей стали.

Научная новизна работы состоит в следующем :

1. Предложена новая модель механизма поверхностного диспергирования твердих тел,являющаяся дальнейшим развитием от^екта Ребиндера.

2. Установлено,что диспергирование струякоотходов стаял Р6.М5 в присутствии органической среды сопровождается протеканием встречных физико-химических процессов: окисление-раскисление,на-углероживание-обозуглороятзание, сулкуоризация-десульфорпзация.

3. Показано, что поверхностное диспергирование металла сопровождается протеканием структурно-фазовых превращений,наклепом и отдыхом структуры,

Практическая ценность работы.Разработана технология меха-нохимической переработки стрункоотходов стали Р61Л5 в порошок с последующим изготовлением изделий на его основе. Определены пределы рационального использования высокомолекулярных соединений в технологии диспергирования металло-полимерных систем, Разработана технология термической обработки ренущего инструме-нта,Порошковая быстрорежущая сталь,полученная механохш.кчзской переработкой стружи стали Р6М5,имеет предел прочности при изгибе в 1,5 - 3 раза выше,чем у аналогично"! стандартной стали,а износостойкость металлорежущего инструмента,изготовленного из порошковой быстроре:;{ущей стали,в 2-3 раза превосходит превосходит износостойкость инструмента из стали Р6..15 обычного металлургического производства. Годовой экономический эффект от внедрения технологии переработки струзккоотходов быстрорежущей стали в порошок составил 44500 руб. (в ценах 1990г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Республиканской конференции "Экономия материальных ресурсов и улучшение качества изделий и конструкций на основе применения новых полимерных материалов" ( Виноградов, 1985г,); X Юбилейном Всесоюзном симпозиуме по Ме-ханоэмиссии и механохимни твердых тел (Ростов-на-Дону,1986г.); 7 и У1 Всесоюзных семинарах "Дезинтеграторная технология"(Таллинн, 1987г., 1589г.); Международном семинаре по высокоэнерге ти-

•rocKoii ос'габотко бистрозакалешшх материалов (Новосибирск, 1968г,); ХУ1 Всесоюзной научно-технической копреренции "Порошковая r.tcTO-Vij'priin" (Свердловск, 1982г.); .'.'оддународном симпозиуме но химии ударных волн, У Всесоюзном совещании по детона-Ц1Ш (Черноголовка, 1989г.); Всесоюзной конференции "¡.1еханохи-шческий синтез" (Владивосток, I99ür,); У13 Всесоюзной конференции "Сварка, резка и обработка материалов взрывом" ( .'.Iicicjc, 1990г,); У Всесоюзном совещании по детонации (Красноярск,Ю111г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 статей п тезисов докладов,на конструкцию вибрационной мельницы получено авторское свидетельство,

Структура и объем диссертации. .Диссертация состоит из введения, шеста глав,заключения,выводов,списка литературы,включающего 15-1 наименования,и приложения. Диссертация содер:шт 173 страницы,в то;.; числе 66 рисункоз а 19 таблиц, В прило.мешш приводен расчет экономического оуфокта и акт о внедрении результатов диссертации,

СОДЕРЛШЕ РАБОШ 3 первой главе проанализированы имеющиеся литературные сведения по современным тенденция!.! в области получения порошковых быстроре;:-суада; сталей из распиленных и изготовленных диспергированием стружкоотходов порошков. Представлены литературные данные по использовании высокомолекулярных соединений (В.-, 1С) в качестве ПАВ и изучении механизма поверхностного диспергирования металлов в присутствии механически деструктируемых полимеров, Рассмотрены существующие технологии измельчения струякоот-ходов,вопросы формования,спекания и термической обработки поро-кковой быстрорежущей стали, изготовленной из стружечного порошка» Во второй .главе представлены материалы и методы исследований. В качестве объектов исследования использовали стружку сталей Р6!.15 и У8,полученную после токарной обработай инструмента на Владивостокском инструментальном заводе,железный порошок марки IL2..I, порошки ПХШИ5 и ПХ18Н9. В качестве жидких ПАВ использовали раршпфО.ванный уайт-спирит,машинное (.пело, этиловый спирт, а в качестве твердофазного ПАВ-полиметнлметакрилат (ГША1 ИсследовЕ-лие термокрекинга регентов стзочно-охлаждающей жидкости проводили на масс-спектрометре 1321.Измельчение исходных материалов осуществляли в вибрационных мельницах,работающих при частоте колебаний мехакореактора 12 и 20 Гц и 5шлитудо 90 ш, (A.C. $1573612). В процессе работы вибромельннцы измь^ЩИ

температуру стенок механореактора с помощью инфрадфасного радиометра 11КР-4. Микротвердость порошков определяли на прибора ПЫТ-З.Топогратш П0верх1!0сти агрегатов ц морфологию частиц изучали на растровом электронном микроскопе 35М-255 П. Фазовый состав определяли при съемке исследуемых порошков на рентгеновских дппрактометрах ДРОН-1 и ДРОН-3, Содержите углерода в металле определяли с помощью газоанализатора ГОУ-1 ио количеству двуокиси углорода,образующейся при прокаливании полученного порошка в токе кислорода. Содержание сери в металле определял;! в соответствии с мотодшеой, описанной в ГОСТ 16-112.Ь-СС. Содержание кислорода в исследуемых порошках определяли по убили их веса при прокаливании в водороде. Спекание образцов осуществляли в герметичных контейнерах в засшп:о из окиси алюминия, Контейнер оборудован патрубком,позволяющим регистрировать давление газов,образующихся в процессе спекания образцов.Плотность образцов определяли гидростатическим взвешиванием. Динамическое горячее прессованно образцов,подвергнутых индушиюн-ному нагреву до температуры 1100-И50°С,проводили на быстроходном механическом прессе модели К 2130, Закалку осуществляла в расплавленную каустическую соду. Балл аустенитного зерна после закалки определяли по стандартной шкале балыюстн, Испытания красностойкости,механических и реяущих свойств проводили по стандартным методикам,согласно соответствующих ГОСТов.

В третьей главе рассмотрены физико-химические процессы, сопровождающие диспергирование стружкоотходов, В практике измельчения материалов используются кедкие ПАВ, Применение ПАБ обусловлено необходимостью предотвращения интенсивного агрегатирования высокодисперсних частиц и ускорения процесса измельчения, Однако,использование яидких ПАВ не позволяет полностью исключить окисление измельчаемого материала. Ио окончании процесса измельчения ПАБ приходится удалять промывкой,суикой,возгонкой. Поэтому существует необходимость изыскивать такие ПАВ, которые не страдали бы указанными недостатками. В качестве высокомолекулярной, способной подвергаться механодеструкщш и генерировать низкомолекулярные активные продукты,был выбран по-лиметилметакрилат (Ш.1А). 1С.Г.1А является крупнотонначным продуктом высокомолекулярной химии,обладает сравнительно низкой энергией активации термодеструкции,а,следовательно и моханодеструк-ции. Установлено,что максимальная ¡штенопьшепцля пронес.са измельчения стружки наблюдается при пподппш '«1 г-ес,.!С! ¡СНА, При

дальнейшем увеличении содержания полимера последний выполняет роль демпфера,в результате чего происходит рассеивание подводимой механической энергии и,соответственно,снижение величины удельной поверхности ( рис Л). 0/6 \5уЭ.,па/г ^ Рис.1 Изменение

удельной поверхности порошка быстрорежущей / . щей • стали в зависимости от содержания полимера.

0/18

0,04

4 2 3 4 ПММЯ,У°

Сравнительные испытания показали,что поверхностно-активные среды по действию на процесс диспергирования стружки стали Р6М5 можно представить следующим рядом:ГОШ,спирт,уайт-спирит,тело.

Показано,что при виброобработке металлов в присутствии по-лиштилметакрилата развитие поверхности проходит через два этапа: раскалывание частиц и формирование поверхностных микротре-щен. Развитию последних способствует привитая полимеризация продуктов механокрекинга органической срёдо на атомарно чистых поверхностях граней микротрещин. Возможно кяпсулировзлие органического вещества в твердой фазе. Ваяное преимущество ВЖ состоит в интенсификации диспергирования металлов и механизм этого действия связан с механокреккнгом и образованием активных осколков макромолекул. Общее мезду механизмом эффекта Ребиндера, обнаруженным в 1928 г., и механизмом понижения прочности металлов в присутствии механически деструктируемых полимеров состоит в том, что продвижение фронта трещины протекает в условиях воздействия на твердое тело внешних циклических нагрузок, проникновения в трещину органического вещества и возникновением, в связи с этим, расклинивающих сил. Отличительная особенность между эффектом Ребиндера и обсуждаемым механизмом состоит з природе происхождения и величине расклинивающих сил (рис.2), Из эффекта Ребиндера следует,что продвижению фронта трещины способствуют расклинивающие силы, вызванные столкновением галдкх двух молекул нпзкогдалекулярного ПАВ в тупиковой области микротрещины (одна тдалекула мигрирует по одной грани,другая-по другой граял).

Рис.2 Расклинивающе е действие в поверхностных микродефектах твердых тел: а-низкомолекулярных ПАВ /эффект Ребиндера/; б-г.ю-ханически деструктируемых органических веществ.Р -расклинивающие силы; 3 -эпюра напряжений, инщииру-ющих продвижение фронта трещины.

В обсуждаемом механизме диспергирующего действия деструк-тируемых по'лимеров свободные радикалы и молекулы мономера всасываются раскрываемы:,ш микротрещннами.В связи с этим на атомарно чистых гранях трещины начинают протекать процессы полимеризации с образованием высокомолекулярного продукта,то есть микротрещина превращается в механореактор.в котором протекают ме-хапохимические процессы. Синтез высокомолекулярного продукта относится к числу экзотермических процессов и сопровождается выделением тепла. Особенность процессов синтеза Ъ'.£ проявляется в том,что наряду с образованием твердофазного синтезируемого вещества в полости мпкродефекта образуется много пузырьков,состоящих из газообразных продуктов термодеструкции. Объем вещества, формирующегося в'полости микротрещшш, стремится превзойти объем шкрореактора. Однако выходу вспучивающегося полимсризата из полости микротрещшш препятствуют с гаи адгезии медду полиме-ризатом и твердой поверхностью граней т.якродефекта. Поэтому на каждую грань микротрец.г-:;-' начинает действовать не едшплисл сила, как следствие столкновения двух молекул, а система сил, расположенных по образующей ка-здой грачи, А это приводит г. более резкому росту напряжений в тупиковой области, вызкЕазщп:: продвижение фронта трещины вглубь металла. Следовательно,такая картина расклинивающих сил является следствием синтеза высокомолекулярного вещества, выделяемого при этом тепла п формирующегося пористого тела,стремящегося к увеличению своего обьегл, Кроме того,даже единичное разрушение макромолекулы вызывает вдоль ыа-1фоцепи диспропорционирование,окислительно-восстановителыгаг процессы,сопровождающиеся , теперь даже в отсутствие подвода механической энергии, распадом макромолекулы и выделением большого количества активных продуктов, участвующих в дпепергпрова-

нш1 металла и повышающих вероятность заполнения раскрывающихся на поверхности металла шкротрещин продуктами механокрекннга. Это означает, что при размоло металлов в присутствии ВМС реализуется энергетически более выгодный процесс дезинтеграции металла, чем в присутствии низкомолекулярных ПАВ. Кинетика развития трещшш теперь определяется не только соотношением скоростей продвижения фронта трещины и миграции молекул низкомолекулярного ПАВ, но и скоростью механохимнчеышх процессов и концентрацией продуктов механо- и термокрекинга,образующихся в ме-ханореакторе, которым является сама шкротрещина.

Рассмотрены восстановительные процессы, соирововдающие диспергирование стружкоотходов с высокомолекулярным органическим соединением. Представлено влияние продуктов механокрекннга органического вещества на процесс восстановления оксидных пленок на металлической подложке. При диспергировании системы:стружка стали Рб'.й + ГША установлено,что после двадцатиминутной обработки содержание кислорода в металле уменьшается и закономерность проходит через минимум (рис.3).

Рис, 3. Содержание »„>Р&°/о кислорода в порошке стали Р6.М5 в зависимости от количества поли-

мера.

0,8 0,6 0,4

02

V 2 5 4 /1ННА,%

При больших содержаниях полимерная составляющая выполняет роль демпфера подводимой механической энергии и эффективность полимера как восстановительной среды уменьшается, Содержание 2 вес, % ГЕ.Г.1А является оптимальным для восстановления оксидов в стружке быстрорежущей стали.

Показано,что наиболее интенсивно раскисление металла идет в первые 10 минут виброобработки,затем процесс стабилизируется. Ото связано с тем,что с увеличением времени обработай снижается концентрация продуктов механокрекннга макромолекул полимора,которые обладают восстановительными свойствами.

Установлено,что аналогичными свойствами восстанавливать металлы из их оксидов обладают минеральные масла,а также порошок алюминия,причем большей восстановительной способностью об-

ладают присадки алюминия до 0,5 вео.%.

Рассмотрены особенности изменения содержания углерода в порошке,получаемом при виброобработко стальной стружки. Показано, что на воздухе активированный металл адсорбирует углекислый газ. Поэтому количество углерода оказывается тем больше , чем дольше виброобрабатывается и чем сильнее развита к моменту контакта о воздухом его поверхность. Об этом свидетельствуют данные о содержании углерода в различных фракциях порошка:оно повышается вместе с дисперсностью отдельных фракций (рис.4).

И

Ф 0,9 0,8

Рис,4, Содержание углерода в порошке стали У8 при виброобработке в отсутствие органической среды в зависимости от фракционного состава порошка и условий его хранения. I -в реакторе;

V 0,4 0,Я 0,4 0,05cIjhh 2 - на воздухе, Длительное хранение порошка на воздухе также способствует науглероживанию металла. Если металл,на поверхностях которого адсорбирован углекислый газ, подвергнуть прокаливанию в токе гелия, то происходит десорбция и содержание углерода в металле оказывается равным исходному значению. Установлено,что при диспергировании стружкоотходов стали Р6М5 науглероживание металла возможно как путем капсулирования продуктов механокрекинга органического вещества, ток а путам адсорбции двуокиси углерода из воздушной среды, Показано, что содерашше углерода в дисперсном металле, полученном методом механической дезинтеграции, определяется соотношением скоростей обезуглероживания металла, вследствие взаимодействия о кислородом воздуха, и его науглероживания в результате адсорбции двуокиси углерода аз воздушной атмосферы, а такав капсулирования в порах а трещинах механок-ластов продуктов крекинга органических веществ технологического происхождения,

' Рассмотрена возможность очистки (ратинирования) металлических порошков, изготовленных аз стручкового сырья, от приыв-.сей серы путем диспергирования стружки в присутствии Б!.С .Представлены зависимости изменения содержания серы в порошке,полученном дезинтеграцией стружкоотходов стали Р6МЗ с добавкой машинного масла и в порошке 1П2М с добавкой кристаллической серы

в зависимости от продолжительности виброобработки (рис,5).

Рис,5. Содержание серы в пороике в зависшлости от времени виброобработки.

1 - стружка стали Р6М5 + машинное ;.'лсло +Звес,/2ША;

2 - 1Е2М + Зкрист. + 3 вес. % 1Г.1.1А.

ОМ

ом

3 6 9 Т,мин

Десулъфоризация металлического порошка проходит наиболее интенсивно в первые 3-5 минут виброобработки, В дальнейшем содержание серы изменяется незначительно. Это связано с тем,что в начальный момент времени ПМ.'А имеет максимальный молекулярный вес, количество образующихся активных радикалов наибольшее и, как следствие, интенсивность взаимодействия активных радикалов с серой максимальная. В дальнейшем количество свободных радикалов уменьшается,скорость взаимодействия снижается, либо прекращается совсем и реакция может сместиться в обратную сторону.

Установлено, что активные радикалы, образующиеся при меха-нодеструкции ГША, способны связывать не только серу, находящуюся в адсорбированном состоянии, но и входящую в состав металла в виде сульфида РсЙ.

В четвертой главе рассмотрены структурно-фазовые превращения, сопровождающие диспергирование стружкоотходов быстрорежущей стали. Представлено изменение микротвердости порошка в зависшлости от продолжительности механохимической обработки стружки.

Рис.6. Микротвердость 2 бг Н^,ГПа порошка стали Р6М5 в зависшлости от времени ви- ^ брообработки стружки в отсутствие полимерной \ среды - I, с 2 вес. % 1Г1.1А - 2. *

0,1 0,2 0,Ъ V

Диспергирование стружкоотходов в присутствии,деструктируемого полимера приводит к пластифицированию частиц металла (рис.6), что обусловлено резким увеличением количества едшпгчных актов раскола частиц металла в присутствии продуктов механодеструкции

нолимера, образованием развитой сети микротрещин, являющихся поверхностями схода дислокаций, Показано, что диспергирование стружки быстрорежущей стали в присутствии 2 вес Д 1Г.Ш приводит к снижению плотности дислокаций и уменьшению размеров блоков мозаики до уровня,соответственно,в 5 и 3 раза меньшего, чем наблюдалось в исходной стружке. Б порошке, полученном измельчением стружки в присутствии твердофазного ВМС,.наблюдается существенное перераспределение количества ^-Ре.А- Ре и карбида М^С.При увеличении содержания полимера в диспергируемом металле происходит постоянный рост количества ^ - фазы, а изменение содержания «I - Ре и карбида НцС имеет экстремальный характер,Это обусловлено уровнем подводимой механической энергии к диспергируемо^ порошку в зависимости от содержания в нем полимерной среды. Показано, что при использовании твердофазных ВМС в качестве ПАВ в технологии диспергирования сгружкоотходов при определенной продолжительности обработки и количестве полимера в обрабатываемой системе, создаются условия как для получения порошков с минимальной плотностью дислокаций (степенью наклепа), так и для инициирования фазового перехода А - Ре -*-^-Ре, что на стадии спекания порошков будет иметь определяющее значение душ получения деталей с минимальной пористостью.

В пятой главе представлены' технологические свойства порошков, полученных механохимическим измельчением стружкоотходов, Рассмотрена зависимость изменения удельной поверхности порошка стали Р6М5 от времени виброобработки стружи в присутствии 2 % ЛША. и без введения органической среды. Использование 11.Г.1А позволило получить на всех этапах измельчения большую, нежели без введения, полимера, удельную поверхность, Так, через 20 минут виброобработки удельная поверхность порошков, измельчавшихся с полимером и без него, отличается в 5 раз и составляет,соответственно, 0,4 м^/г и 0,08 м^/г. Наиболее интенсивно порошок измельчается в течение 12 - 15 минут виброобработки,затем скорость прироста удельной поверхности снижается, Ото связано с тем, что при уменьшении размера частиц возрастает вероятность появления бездефектной структуры металла, а их механические свойства повышаются, Так как уровень подводимой энергии постоянен, то интенсивность процесса измельчения снижается. После 12 минут виброобработки происходит увеличений доли крупных фракций, Это связано с агрегатщювшшем высокодисперсных (I - Юмкм) частиц

порошкз. Полимер в этих агрегатах является связующим, а высокодисперсный порошок - наполнителем.При измельчении стружки » отсутствие полимера металлический порошок через 20минут виброобработки представляет собоЛ расклепанные пластины, дефектность поверхности которых уступает даже порошку, полученному через 3 минуты виброобработки струяки с полимером. Порошок,полученный измельчением стружки в течение 12 - 20 мтагут с 1ША, имеет высокоразвитую поверхность. Размер частиц пороша, за исключением агрегатов, не превышает 50 микрон,

Показано, что минимальное значение насыпной плотности достигается в присутствии 2-3 вес.% 1Г.ГЛЛ. Повышение кошюнтра-шга ХЫА в исходной струже и увеличение времени виброобработки приводит к увеличению значения насыпной плотности порошка. Стойкость против коррозии порошков, полученных измельчением стружи в присутствии 1-5 вес.% ГЕ.Ш, через 1300 часов испытаний оказалась в 20 - 50 раз вше, чем у порошка, полученного измельчением стружоотходов без добавки полимера,

Отмечено, что уве-тпение времени виброобрайотки приводит к снижения плотности проссовок и увеличении пористости, По-вцдлмо:лу, причина заключается в том, что с развитием поверхности порошка большое количество продуктов механодестругащи полимера проникает в поверхностные дефекты металлических частил. При мзлкх временах размола полимер находится ме:щу частицами поропз--л и выполняет роль смазки. При увеличении времени диспер-гирозания пол;я'ер проникает в мш'.ротрещшш на поверхности металла, что редет к уЕол:псшпо эУчекта упругого последействия и, соответственно, сгпп'ештю плотности прессовок. Такая взаимосвязь подтверждается результатами изггерспия давления Ешрессовки: оно возрастает с увехпенлом продолжительности виброобработки ст-руга:оотходоз.

При работе с порошка:.";, полученными в результате диспергирования стругкоотходоз, необходимо учитывать, что в процессе нагрева до теглературы с-:с::а::гл осуцествляется тер:.:одос7рукц:и полнметилметакрилата с образованием летучих. Поведение плотности брпкетоа за счет увехятпя удельна давлений мо~от прости к образована закрыткх пор, процесс восстановлена порошка при спекании.Кроме того, будет затруднен чкхол газообразных продуктов тормодестругап;:, что :;о~е? привести к разбухало брикетов при спекании. Исходя из того, что з процессе нагрева в интервале температур 1;;С-'«0С°С прсггходлт термодсст-

рукция ГО.ь.'А с образованней газообразных продуктов, обладающих восстановительными свойства!®, спекание проводили в атмосфере собственных продуктов термодеструкции, При температуре спекания более 1220°С пористость спеченных образцов не превышает 3%, При температуре спекания 1250°С пористость составляет 0,5-1$, Установлено, что в процессе хранения происходит дезактивация порошка, обусловленная релаксацией микронапряжений в металле. Последствием данного процесса является снижение плотности спеченных образцов. Для достижения максимальной плотности спеченной быстрорежущей стали необходимо предельно сокращать время между операциями диспергирования стручковых отходов и спеканием изделий,

В тестой главе рассмотрены особенности компактирования, термической обработки и механические свойства изделий из порошка быстрорежущей стали Р6!Л5, Представлен технологический процесс переработки струнковых отходов стали Р6М5 совместно с ВМС,включающий следующие операций : очистку стружки от СОК ; сушку стружки ; диспергирование стружки в вибрационной мельнице в присутствии ГЕ.Ш. ; прессование заготовок пластин для сборного режущего инструмента ; спекание заготовок с последующим ДТП,либо без него;термическую обработку ; окончательную механическую обработку инструмента. Рассмотрены технологические особенности каждой операции.

Показано, что ни центрифугирование, ни возгонка,ни многократная промывка в растворителях не позволяют полностью избавиться от масла, находящегося в поверхностных дефектах металла. Вакуумная возгонка хоть и позволяет сильно снизить содержание масла, но нагрев до высотах температур повышает пластичность металла, что приводит к резкому увеличению продолжительности процесса виброизмельчения стружки. Рекомендуется перед химической очисткой проводить центрифугирование стрункоотходов. Для более полного удаления растворителя стружку необходимо просушить при температуре 60-80°С в течение I часа.

Диспергирование стружки быстрорежущей стали целесообразно осуществлять в присутствии 2 вес./ьполшетилметакрилата.что позволяет резко интенскршщровать процесс виброизглельчения стружки, снизить содержание кислорода и серы в порошке. В процессе измельчения происходит пластифицирование породаа, что позволяет отказаться от необходимости проведения трудоемкого отжига по-■ 'о-жа для снятия наклепа. Поровки,полученные измельчением ст-

ружка с 2 вес.£ ПМ'.'Л, обдадшат высокими антикоррозионными свойствами за счет плакирована поверхности металла органическими пленками. Использование полимера при диспергировании стружо-отходов позволяет избавиться от трудоемких операций введения л порошок пластификатора, гранулирования и сушах полученной смеси, Полшлетилметакрилат является своеобразным пластификатором, только введенным не на стадии прессования, а в процессе диспергирования металлоорганической системы, Сразу после измельчения порошок прессуется а стальной пресс-форме при давлении^700 -900 МПа, Плотность просссЕОК составляет 5,7 - 5,9 г/см3, Увеличение плотности выше о,0 - 6,1 г/а.? нецелесообразно, так кач з процессе спекания возникают трудности с удалением из прессовок газообразных продуктов термодеструкции 1ША,что сказывается на увеличении пористости спеченной заготовки, появлении трещин, разрывов на поверхности формовок.

Спекание изделий из порошка быстрорежущей старта, положенного диспергированием стружки стати РС;.!5 в присутствии деструк-тируемого полимора, целесообразно проводить по следующему ренину : нагрев до температур" 400 - 450°С, выдержка 0,5 часа, нагрев до 950°С,ввдержка 0,5 часа, затем нагрев до необходимой температуры спекания, Выдержка при 400-450°С производится для удаления из прессовки газообразных продуктов термодеструкции ГС.Ш, при 950°С- для максимального восстановления огхидов металла, Выдержка при температуре спекания составляет 1 час. Для получения минимальной (менее 3 % ) пористости температура спекания должна составлять 1220 - 1250°С, Если образцы подвергаются ДТП, то температуру спекания можно понизить до 1180 - 1200°С, При спекании заготовок из металлоорганической смеси нет необходимости применения специальных защитных или восстановительных сред, Спекание осуществляется в атмосфере собственных газообразных продуктов термодеструкции IL.UA, обладающих восстановительными свойствами. Содержание кислорода в спеченных образцах составляет 0,02 - 0,05 %.

С целью предотвращения образования при закалке неоднородной структуры, появления "нафталшшстого излома" и снижения механических свойств пластины для сборного режущего инструмента после ДТП подвергались изотермическому отжигу. Если операция ДТП отсутствует, то проводился отжиг спеченных пластин.

Проведена оптимизация температуры нагрева под закалку пластин, изготовленных из порошка, полученного диспергированием ст-

ружкоотходов в присутствии 2 вес,$ ПИЛА. Показано, что чем вито время механохимяческой обработки металлополимерной смеси , тем меньше порошковая сталь склонна к росту зерна, Установлено, что режим окончательной термической обработки в 'значительной мере зависит от предыстории получения порошка: после 4 минут виброобработки металлополимерной композиции оптк.ольной является тешература нагрева под закалку 1190°С, после 12 кинут -1225°С| Это связано с изменением содержания углерода в спеченной быстрорежущей стали в зависимости от времени измельчения стружки совместно с ГЕЛМА.

Увеличение времени механохимического воздействия на исходную струшу приводит к снижению содержания остаточного аустени-та в порошковой быстрорежущей стали. Показано, что наибольшее увеличение вторичной твердости порошковой стали, независимо от времени измельчения стружи, наблюдается при температуре отпуска 560°С,

Оптимальным режимом упрочняющей терьической обработки пластин для сборного режущего шютрумента является закачка от температуры 1190 - 1225°С (в зависимости от предыстории получети порошка) и трехкратный отпуск в течение I часа при температуре 5В0°С,

Предел прочности при изгибе порошковой быстрорежущей стали возрастает с увеличением времени диспергирования стружкоотходов : при времени измольчения 4 минуты 4300 - 5000 ;.!Па,а при использовании порошка, измельчавшегося в течение 12 минут в том же присутствии It.ff.5A. = 8500 - 9000 1.!Па,

Твердость пластин для сборного режущего инструмента, изготовленных из порошка, полученного диспергированием стружки стали Р6М5 в присутствии 2вес.# П.М.1А,после окончательной механической обработки составляет 64-06 ИКС,

Показано,что красностойкость пластин зависит от продолжительности мехалохимичоской обработки исходной стружки.Так.при измельчении стружки в течение 4 шшут красностоГосость порошковой быстрорежущей стали составила НКС^о = 58, а при времени измольчения 12 шшут -НКС^О ~ 60• '^симальнан красностойкость !<10 = 58 зарегистрирована у образцов, изготовленных из метая лополимерной композиции,полученной в результате механохимичес-кого измельчения исходной стружки в точение 10 и 12 минут,

. Сравнительные испытания стойкости режущих пластин из порошковой быстрорежущей стали показали, что стойкость при роза-

шш у поропковых пластин в 2 - 3 раза вша,а скорость резания на 15 - 30л вше, чем у стандартной (литой и деформированной) стали Р6М5,

В и В О Д Н

1. Разработана технология механохимической переработки стружки стаял Р6М5 в порошок, изготовления и термической обработки режущих пластин для сборного инструмента»

2. Установлено, что диспергирование стали Р6М5 в присутствии высокомолекулярного органического соодинеши сопровождается протеканием встречных физико-химических процессов: окисление-раскисление , науглероживание-обезуглероживание, сульфоризация-десульфоризация,

3. Поверхностное диспергировать металла сопровождается протеканием структурно-фазовых превращений:^-фаза —¿г —фаза, наклепом и отдыхом структуры.

4. Предложена новая модель механизма поверхностного диспергирования твердых тел, являющаяся дальнейшим развитием оЪ-фекта Ребиндера.

5. Исследованы технологические свойства порошка, полученного механохикическим способом, особенности его компакткровагош в процессе прессования и спекания. Металлорежущие пластины, изготовленные из порошка, полученного диспергированием струякоот-ходов стали Р6М5, обладают сопротивлением изгибу в 1,5-3 раза большим и в 2 - 3 раза большей износостойкостью, чем образцы из инструментальной стали,получаемой 'традиционным способом,

6. Годовой экономичесгагй эффект от внедрения технологии переработки стружкоогходов быстрорежущей стали в порошок составил 44500руб. (в ценах 1990г.).

Основное содержание диссертация опубликовано в следующих работах:

1, Рева В,П. Механохимическое обезуглероживание и науглероживание сплавов на основе железа // Тез«докл.науч.-техн, конй;: Экономия материалыпсс ресурсов и улучшение качества изделий и конструкций на основе применения новых полимерных материалов, 1СМ2 октября 1985г,-Виноградов,-Киев ,1985,-0.37,

2, Механохимическле процессы при виброобработке металлов в присутстнш полимеров орггничзского происхождения /Гороховский Г .А.,Чернышев В,Г.,Рева 3,1!. и др./Дез.дог-л.): Цсесоюз.сим-поз.^'ехалоэмиссия и мехачохга.ия твердое тол,24 -26 сентября

LSfiGr ,-Ростов-иа-ДонуM.: 1986.-С Л59-160.

3. Трибохимпя металлоорганических систем/Гороховский Г,А., Чернышев Б,I'.,Рева В.П. п др.// Трение и износ,-1988,-т.9.-Г 3.-С.463-472.

4« Получение металлических порошков методом измельчепил ст-ру.гкоотходов / Гороховский Г.А.,Чернышев В.Г.,Рева В,П. и др.// Порошковая металлургия,-1988,- К I2.-C.I-8.

5, Попович A.A., Рева В.П, Высокоэнергетическая обработка порошка быстрорежущей стали // Тез, докл. Всесоюз. науч.-техн,семинара.: Дезинтеграторная технология, 5-7 сентября 1989.- Таллинн.-1989.- С,85-86,

6, Рева В.Г1,.Попович A.A. Изготовление инструмента из порошка, полученного переработкой сгружкоотходов с использованием высокомолекулярных соединений // Тез.докл. Всесоюз. науч.-техн. конф.: Порошковая металлургия, 17—I? мая .1989 г.-Свердловск, 1989 г,-С.63.

7, Высокоэноргетическая обработка порошковых материалов. /Попович A.A., Рева В,П., Попович Т.А. и др.// доклады Всесоюз.науч. -техн.копф.: Механохимический синтез, 20-23 августа 1990г.-Владивосток, 1990.-С,89-94.

8, Попович А.А,,Рева В.П,,Белоус O.A. Ударно-волновая обработка метапллчесг.кх порошков // Тез«докл. Всесоюз, науч.-техн.конф; Сварка,резка и обработка материалов взрывом, 25-27 сентября

1990,-Mimск, 1990.-С,129-130..

9, Физико-химические превращения в порошках металлов и их сплавов при ударно-волновой обработке / Попович A.A., Рева В.И.. Попович Т.А. и др.// Доклады Всесоюз. совещания по детонации, 5-12 августа 1991 г,- Красноярск, 1991.-Т.2.-С,225-229,

10, Ударно-волновая обработка порошков металлов и их сплавов/ Попович А.А.,Рева Б,ГГ.,Попович Т.А,^ др; -Владивосток,1991«-

6 с.хДеп. в Черметинформации 30,08,91 г,,Й 5605 - чм 91.

11, базовые превращения в порошках железа и его сплавов под влиянием ударно-волновой обработки / Попович A.A.,Рева В;П,, Василенко В.Н. и др. //Порошковая металлургия.-1993I.-C. 89-91.

12, A.c. 1573612 O'JüP, Вибрационная мельница /Попович А,А,, Рева В.П,.Василенко В.Н, и др,-3аявл, 23.06,Шг. Зарегастр.в Гос.реестре 22,02.90г.