автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Механомеханическая переработка стружкоотходов стали Р6М5 в порошок, получение изделий на его основе

>Г6 од

1 5 1,0!ШсУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РЕВА Виктор Петрович

ШШШШЙЧЕСШ ПЕРЕРАБОТКА СТРУЖК00ТХ0Д0В СТАЛИ Р В М 5 В ПОРОШОК ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИИ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.16.06— Порошковая металлургия

композиционные материялы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-1993

Работа выполнена на кафедре „Технология металлов и металловедение" Дальневосточного государственного технического университета.

V

Научные руководители—

Официальные оппоненты—J

Ведущее предприятие-

доктор технических наук, профессор

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

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

Институт Химии ДВО РАН

Защита состоится „ ^^ 1993 г. в fO часов

на заседании Специализированного Совета К.063.66.06 ira 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 „ " Ло1993 IV

Ученый секретарь Специализированного Совета К.063.66.06 ...

кандидат технических наук ШМ<МСШЫ\

М. И. Шишкина

ОПШ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТУ

А к ту а лъ н о о у ь. .рябо тч, Одной из основных проблем научно-технического развития производства является увеличение эффективности использования металла за счет улучшения качества выпускаемой продукции и применения безотходных технологически процессов. Применительно к инструментальному производству это достигается путем увеличения ресурса работы режущего инструмента из быстрорежущих: сталей, Инструментом из этих сталей удаляется 75л общей массы металла,снимаемого с заготовок яри обработке резанием» имеете с тем,непрерывный рост инструментального производства увеличивает количество отходов,образующихся при изготовлении инструмента, Традиционный способ рециркуляпии стружко-отходов - переплав. Однако при таком способе переработки угорает около 305? металла,преяде всего,легирующих элементов - хрома, никеля,вольфрама,ванадия,молибдена и других,а продукты угара засоряют экологическую среду. Целесообразнее превращать струяку в металлический порошок путем размола. Раздал вязкоупругих тел, металлов требует больших энергетических затрат. Снижение последних и повышение производительности оборудования достигается путем использования поверхностно-активных веществ (ПАВ). Жидкие ПАВ приносят в обрабатываемую среду много растворенного воздуха, кислород которого окисляет размалываемый металл. Поэтому дая этой цели нуяно применять такие материалы,которые не характеризовались бы этим недостатком. При помоле металл необходимо освобождать и от вредных примесей : кислорода,серы и других.

Данная работа посвящена разработке технологии механохиш-ческой переработки стружки стати Р6М5 в порошок с последующим изготовлением из него пластин для сборного режущего инструмента, а такке оптимизации режимов термической обработки порошковой быстрорежущей стали,полученной из стружки.

Целью работы является разработка оптимальных режимов дезинтеграции струхкоотходов совместно с твердофазным поверхностно-активным веществом,компактироЕаяия и термической обработки металлорежущего инструмента,изготовленного методом пероиковой металлургии. Для достигенкя этой цели в работе необходимо было решить следующие задачи :

I.Обосновать выбор ПАЗ,а также изучить фнзш'о-хтсиеекие и структурно-дазовые превращения, сопровоггдаэдпе механообработку гетороМзноЙ квтажюорг?сятевской оцсте'лг.-

¿, Изучить технологические свойства порошков,подученных диспергированием стружкоотходов с высокомолекулярными соединениями .особенности комлактированкк и термообработки изделий из пороняла быстрорежущей стали.

3, Оцепить механические свойства инструмента из порошковой быстрорежущей стали.

Научная новизна работы состоит в следующем :

1. Предложена новая модель механизма поверхностного диспергирования твердых тел,являющаяся дальнейшим развитием эффекта Ребиндера.

2. Установлено,что диспергирование стружкоотходов стаял Р6.М5 в присутствии органической среды сопровождается протеканием встречных физИко-химических процессов: окисление-раскисление,на-углероглвэдие-обезуглероштште.сульфоризащш-десульфоризашм.

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

Практическая ценность работы.Разработана технология меха-иохиническоХ переработай струккоотходов стали Р6М5 в порошок с последующи изготовление!,I изделий на его основе, Определены пределы рационального использования высокомолекулярных соединений в технологии диспергирования металло-полимерных систем. Разработана технология термической обработки режущего шютруме-нта.Порошковая быстрорежущая сталь,полученная мехаиохиг.шчзской переработкой стружки стали Р6М5,имеет предел прочности при изгибе в 1,5 - 3 раза вше,чем у аналогично" стандартной стали,а износостойкость металлорежущего инструмента,изготовленного из порошковой быстрорежущей стали,в 2-3 раза превосходит превосходит износостойкость инструмента из стата Р61.15 обычного металлургического производства. Годовой экономический эффект от внедрения технологии переработки стружкоотходов 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 иеханохимил твердых тел (Ростов-на-Дону,1986г.); У и У1 Всесоюзных'семинарах "Дезинтеграторная технология"(Таллинн, 1987г., 1989г.); Международном семинаре по высокоэнергеги-

"iccicoi: сбработко быстрозакаленных i.-лтсриалов (Новосибирск, 1988г,); ХУ1 Всесоюзной научно-технической конференции "Порошковая металлургия" (Свердлове!:, 19Ь9г.); .Международном сшяю-зпутла по хит.:;м ударных волн, У Всесоюзном совещании по детона-щш (Черноголовка, IS89r.); Всесоюзной конференции "¡,1еханохи-каческий синтез" (Владивосток, Ibüür,); УИ Всесоюзной кон^ерен-щга "Сварка, резка и обработка материалов взршзом" ( Минск, 1990г.); У Всесоюзном совещании по детонация (Красноярск,ГЛОг.)

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

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,сести глав, заключения, выводов, списка литературы включающего 151 наименования,и приложения, Диссертация содержит 173 страницы,в то;.! числе 66 рисунков и 19 таблиц, В приложении приводен расчет экономического ээдекта и акт о внедрении результатов диссертации,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ В первой главе проанализированы имеющиеся литературные сведения по современным тенденциям в области получения порошковых быстрорежулдах сталей из распиленных я изготовленных диспергированием струякоотходов порошков, Представлены литературные данные по использованию высокомолекулярных соединений (ВХ) в качестве ПАВ и изучению механизма поверхностного диспергирования металлов в присутствии механически деструктируемцх полимеров, Рассмотреш существующие технологии измельчения стружкоот-ходов,вопросы формования,спекания и термической обработки порошковой быстрорежущей стали,изготовленной из стружечного порошка« Во второй главе представлены материалы и методы исследований. В качестве объектов исследования использовали стружку сталей PGM5 и У8,полученную после токарной обработки инструмента на Владивостокском инструментальном заводе,железный порошок марки JL2..1,порошки ПХ18Н15 и Г1Х18Н9, В качестве жидких ПАВ использовали ратинированный уайт-спирит,машинное тело, этиловый спирт, а в качестве твердофазного ПАВ-полиметилметакрилат (ГЕ1,1А 1 Исследование термокрекинга реагентов смазочио-охлаждающей жидкости проводили на тсс-сдектрометре ;.1Х 1321,Лзнольченпе исходных материалов осуществляли в вибрационных мельницах,работающих при частоте колебаний механореактора 12 и 20 и амплитуде 90 ¡ял. (A.C. №1573612). В процессе работы впбромелышш измеряли

температуру стенок механореактора с помощью инфракрасного радиометра ИКР-4. Микротвердость порошков определпли на приборе ПЫТ-З,Топографии поверхности агрегатов н моррологшо частиц изучали на растровом электронном микроскопе 3SM-25S П, Фазовый состав определяли при съемке исследуемых порошков на рентгеновских дифрактометрах ДРОН-I и ДРОН-3. Содержание углерода в металле определяли с помощью газоанализатора ГОУ-I но количеству двуокиси углерода,образующейся при прокалшзашш полутгэн-ного порошка в токе кислорода. Содержание серы в металле определяли в соответствии с мотодикой,описанной е ГОСТ I&1I2.5-00, Содержание кислорода в исследуемых порошках определяли по убили их веса при прокаливании в водороде. Спекание образцов осуществляли в герметичных контейнерах в засыпке из окиси алюминия, Контешшр оборудован патрубком,позволяющим регистрировать давление газов,образующихся в процессе спекания образцов.Плотность образцов определяли гидростатическим взвешиванием, Динамическое горячее прессование образцов,подвергнутых индукционному нагреву до температуры Н00-1150°С,проводили на быстроходном механическом прессе модели К 2130. Закалку осуществляли в расплавленную каустическую соду. Балл аустепитного зерна после закалки определяли по стандартной шкале балыюста, Испытания красностойкости,механических и реяущих свойств проводили по стандартным методикам,согласно соответствующих ГОСТов.

В третьей глава рассмотрены физико-химические процессы, сопровождающие диспергирование струккоотходов, В практике измельчения материалов используются аддкие I1AD, Применение ПАВ обусловлено необходимостью предотвращения интенсивного агрегатирования высокодисперсных частиц и ускорения процесса измельчения, Однако,использование жидких ПАВ не позволяет полностью исключить окисление измельчаемого материала. По окончании процесса измельчения ПАВ приходится удалять промывкой,сушкой, возгонкой. Поэтому существует необходимость изыскивать такие ПАВ, которые не страдали бы указанными недостатками. В качестве высокомолекулярной, способной подвергаться механодеструкции и генерировать низкомолекулярные активные продуктивна выбран по-лиметилметакршхат (1Г.ЫА), IL'XW. является кругоютоннатаим продуктом высокомолекулярной химии,обладает сравнительно низкой окер-гией активации термодеструкции,а,следовательно и моханодеструк-ции. Установлено,что максимальная «итонспьнкшшя процесса измельчения стружки наблюдается при введении '<'. вес.f, ICI'A, Hpu

дальнейшем увеличении содержания полимера последний выполняет роль демпфера,в результате чего происходит рассеивание подводимой механической энергии и,соответственно.снижение величины удельной поверхности ( рис.1). 0,Ю [■Зуа.л/'г Рис.1 Изменение

удельной поверхности порошка быстрорежу-

0,12 ■ щей'стали в зависи-

мости от содержания полимера.

о/зв

0,04

12 3 4 ПММЙ,Уа

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

Показано,что при виброобработке металлов в присутствии по-лзкзтилметакрилата развитие поверхности проходит через два этапа: раскалывание частиц и формирование поверхностных микротрещин. Развитию последних способствует привитая полимеризация продуктов мехаяокрекинга органической србды на атомарно чистых поверхностях граней макротрещин< Возможно калаудирование органического вещества в твердой фазе. Важное преимущество ВЖ состоит в интенсификации диспергировалия металлов и механизм этого действия связан с кехгнокрекингом и образованием активных осколков макромолекул. Общее между механизмом эффекта Ребиядера, обнаруженным в 1228 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 п возникновением, в связи с этим, расклинивающих сил. Отличительная особенность между эффектом Ребяндера и обсуждаемы:.! механизмом состоит в природе происхождения и величине расклинивающих сил (рис.2), Яз эффекта Ребиндера следует,что продвижению фронта трещины способствуют расклинивающие силы, вызванные столкновением каяднх двух молекул низкоиолекулярного ЛАВ в тупиковой области микротрещины (одна шлеяула мигрирует по одной грани,другая-по другой грани).

Рис .2 Расклинивающее действие в поверхностных микродефектах твердых тел: а-нязкомолекулярных ПАВ /эбфект Ребиндера/; б-ме-ханически деструктируемых органических веществ.Р -расклинивающие силы; Э -эпюра напряжений,инициирующих продвижение Фронта трещины,

В обсуждаемом механизме диспергирующего действия деструк-тируемых по'лимеров свободные радикалы и молекулы мономера всасывается раскрываемыми микротрещлнами.В связи с этим на атоыар-но чистых гранях трещины начинают протекать процессы полимеризации с образованием высокомолекулярного продукта,то есть микротрещина превращается в механореактор.в котором протекает ме-ханохимические процессы, Синтез высокомолекулярного продукта относится к числу экзотермических процессов и сопровождается выделением тепла. Особенность процессов синтеза КЕ проявляется в том,что наряду с образованием твердофазного синтезируемого вещества в полости микродоЪекта образуется много пузырьков,состоящих из газообразных продуктов термодеструкции. Объем вещества, формирующегося в "полости микротрещшш, стремится превзойти объем микрореактора» Однако выходу вспучивающегося полимеризата из полости микротрещшш препятствуют с или адгез:и мелцу полние-ризатом и твердой поверхностью граней тлш'родс'юктг. Поэтому на калдую грань микротрецнчн начинает действовать не еднпгчная си-ла.как следствие столкновения двух молекул, а система сил, расположенных по образующей ка-эдой грани. А это приводит к более резкому росту напряжений в тупиковой области, вызкедкеск продвижение фронта трещины вглубь металла. Следовательно,такая картина расклинивающих сил является следствием синтеза высокомолекулярного вещества, выделяемого при этом тепла и ^ор-.пруюцегося пористого тела, стремящегося к увеличению своего объема, Кроме того,даже единичное разрушение макромолекулы вызывает вдоль макроцепи диспроиорциояирование.окислительно-Еосстаиовительнне процессы,сопровождающиеся , теперь даже в отсутствие подвода механической энергии, распадом макромолекулы и вцделением большого количества активных продуктов, участвующих в диепсргирова-

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

Рассмотрены восстановительные процессы, сопровождающие диспергирование струякоотходов с высокомолекулярным органическим соединением. Представлено влияние продуктов механокрекинга органического вещества на процесс восстановления оксидных пленок на металлической подложке. При диспергировании системы:стружа стали Р6М5 + ГША установлено,что после двадцатиминутной обработки содержание кислорода в металле уменьшается и закономерность проходит через минимум (рис.З),

Рис. 3. Содерггание кислорода в порошсе

стали Р6.М5 в зависимости от количества полимера.

0,3 0,6 0,4 0.2

12 3 4 ПННА,%

При больших содер-каниях полимерная составляющая выполняет роль демпфера подводимой механической энергии и эффективность полимера как восстановительной среды уменьшается, Содержание 2 вес.

% ЛГ.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, Это связано с тем,что с увеличением времени обработки снижается концентрация продуктов механокрекинга макромолекул полимера,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-

-в-

ладают присадки алюминия до 0,5 вес.%.

Рассмотрены особенности изменения содержания углерода в порошке,получаемом при виброобработке стальной стружки. Показано, что на воздухе активировавший 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 содержаний углерода в различных фракциях порошка:оно повышается вместе с дисперсностью "отдельных фракций (рис.4).

С,% . Рис ,4. Содержание угле-

рода в порошке стали У8 при виброобработке в отсутствие органической среды в зависимости от фракционного состава порошка и условий его хра-

_ нения. I -в реакторе;

^ 0,4 0,Я 0,4 0,05с£,ин 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 хапсулирования продуктов ыеханокрекшга органического вещества, так и путем адсорбции двуокиси углерода из воздушной среды. Показано, что содержание 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 из воздушной атмосферы, а также капсулирования в порах и трещинах механок-ластов продуктов крекинга органических веществ технологического происхождения,

' Рассмотрена возможность очистки (рафинирования) металлических порошков, изготовленных из стручкового сырья, от примесей серы путем диспергирования стружки в присутствии У Ж. Представлены зависимости изменения содержания серы в порошке,полученном дезинтеграцией стружкоотходов стали Рб.'ЛЗ с добавкой машинного масла и в порошке Ш2М с добавкой кристаллической серы

в зависимости от продолжительности виброобработки (рис.5).

,8,%

Рис.5. Содержание серы в порошке в зависимости от времени виброобработки.

1 - стружка стали Р6М5 + машинное масло +Звес.{йШЛ;

2 - Ш.2Ы + Экрист. + 3 вес.% И.Ш.

Т,мин

Десульфоризация металлического порошка проходит наиболее интенсивно в первые 3-5 минут виброобработки, В дальнейшем содержание серы изменяется незначительно. Зго связано с тем,что в начальный момент времени П11.1А имеет максимальный молекулярный вес, количество образующихся активных радакалов наибольшее и, как следствие, интенсивность взаимодействия активных радикалов с серой максимальная, В дальнейшем количество свободных радикалов уменьшается,скорость взаимодействия снижается, либо прекращается совсем а реакция может сместиться в обратную сторону,

Установлено, что активные радикалы, образующиеся при мехб-нодеструкции ЛША, способны связывать не только серу,находящуюся в адсорбированном состоянии, но и входящую в состав металла в вида сульфида

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

Рис.6. Микротвердость порошка стали Р6М5 в зависимости от времени виброобработки стружа; в отсутствие полимерной среды - I, с 2 вес. % ГГ-.1.1А - 2.

2,6

2,2

18

/.4 1,0

0,< 0,2 0,3 <С,Ч

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

полимера,образованием развитой сети микротрещин, являющихся поверхностями схода дислокаций, Показано, что диспергирование стружки быстрорежущей стали в присутствии 2 вес.? 1Г.МА приводит к снижению плотности дислокаций и уменьшению размеров блоков мозаики до уровня,соответственно,в 5 и 3 раза меньшего, чем наблюдалось в исходной стружке. В порошке, полученном измельчением стружки в присутствии твердофазного ВМС,.наблвдается существенное перераспределение количества ^-Ре,А- Ре и карбида ¡.1еС,Ири увеличении содержания полимера в диспергируемом металле происходит постоянный рост количества ^ - фазы, а изменение содержания А - Ре и карбида М6С имеет экстремальны!! характер «Это обусловлено уровнем подводимой механической энергии к дасперги-pyer.ioi.iy порошку в зависимости от содержания в нем полимерной среды. Показано, что при использовании твердофазных ВМС в качестве ПЛВ в технологии диспергирования стрункоотходов 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 Д. - Ре -»-^-Ре, что на стадии спекания порошков будет иметь определяющее значение для получения деталей с минимальной пористостью.

В пятой главе представлены технологические свойства порошков, полученных механохимическим измельчением струхкоотходов. Рассмотрена зависимость изменения удельной поверхности порошка стали Р6.Ч5 от времени виброобработки стружи в присутствии 2 % ИМ и без введения органической среды. Использование П'.Г.'А 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 0,0В ь?/г, Наиболее интенсивно порошок измельчается в течение 12 - 15 минут виброобработки,затем скорость прироста удельной поверхности снижается, Это 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 увеличение доли крупных фракций, Это связано с агрегатированием високодисперсных (I - Шмш) частиц

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

Показано, что минимальное значение насыпной плотности достигается в присутствии 2-3 вес.^ 1ША. Повышение'концентрации 1ША. в исходной струяасе и увеличение времени виброобработки приводит к увеличению значения насыпной плотности порошка. Стойкость против коррозии порошков, полученных измельчением стружи в присутствии 1-5 вес.З 1Е.Ш, через 1300 часов испытаний оказалась в 20 - 50 раз выше, чем у порошка, полученного измельчением струккоотходов без добавки полимера,

Отмечено, что увеличение времени виброобработки приводит к снижения плотности прессовок и увеличению пористости, По-видимому, причина заключается в том, что с развитием поверхности пороика большое количество продуктов г/!охонодестрзгкции полимера проникает в поверхностные дефекты металлических частиц. При малых временах размола полимер находится ме::'чду частицами порошка и выполняет роль смазки. При увеличении времени диспергирования полимер проникает в мжротрещшш на поверхности металла, что ведет к увеличению эЪЬокщ упругого послодойствия и, соответственно, сшсашию плотности прессовок. Такая взаимосвязь подтверждается. результатам измерения давления выпрессовки: оно возрастает с увелгленяем продолжительности виброобработки ст-ругдаэотходов,

.Три работе с порошсй'лг, полученными в результате диспергирования струпкоотходоз, необходимо учитывать, что в процессе нагрева до тестератури сясхагим осуществляется тер:;оде струпом похпзтнлметакрилата с образогапгем летучих. Повшенке плотности брпкетоа за счет увеличен»! удельных дшхтешй иозят прелости к образования закрытых пор, у^уджугпк процесс восстановлена порошка при спекал::::.Кроме того, будет затруднен чкход газообразных продуктов термодострутки, что кокет привести к разбухание бргкетов при спекал:!:!. Лсходя'пз того, что а процессе кагреза в интервале температур К:С-45С°С г.'&'.'Л".одпт термодос--

рукция ПША о образованием газообразных продуктов, обладающих восстановительными свойствами, 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 струтпсовых отходов и спеканием изделий.

В шестой главе рассмотрены особенности компактирования, термической обработки и механические свойства изделий из порошка быстрорежущей стали Р61Д5, Представлен технологический процесс переработки стружковых отходов стали Р61.15 совместно с В.'.Ю, включающий следующие операции : очистку струнки от СОК ; сушку стружки ; диспергирование струнки в вибрационной мельнице в присутствии П.Щ ; 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 высоких 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 60-80сС в течение I часа.

Диспергирование стру?жи быстрорежущей стали целесообразно осуществлять в присутствии 2 вес.^полиметилметакрилата.что позволяет резко интенсиЗшщровать процесс виброизмельчения стружки, снизить содержание кислорода и серы в порошке, В процессе измельчения происходит пласткТшцгрование порошка, что позволяет отказаться от необходимости проведения трудоемкого отжига по-""ткг для снятия наклепа. Порошки,полученные измельчением ст-

$ужя с 2 вес.2 И.'.'.'л, обладают высокими штосорроз1кш.шш сиоь-сташ.щ за счет плакирования поверхности металла орГчшгшеаи:ли пленками, Использование полимера при диспергировании стру;кко-отходов позволяет избавиться от трудоемких операций введения и порошок пластификатора, гранулирования и сушки полученной смеси, Полашпдагетакрилат является своеобразным пласти$акотором, только введенным не на стадии прессования, а в процессе диспергирования металлоорганичоской системы, Сразу после измельчения поропок прессуется в стальной пресс-форме при давлении 700 -900 ,'.Ша. Плотность про с совок составляет 5,7 - 5,9 г/сы^, Увеличение плотности вше 6,0 - 6,1 г/скР нецелесообразно, так как в процессе спекания возникают трудности с удалением из прессовок газообразных продуктов термодеструкции ГЕ.С.1Л,что сказываэтся на увеличении пористости спеченной заготовки, появлении трещин, разрывов на поверхности формовок.

Спекание изделий из порошка быстрорежущей стали, полученного диспергированием стружки стали РОЖ в присутствии деструк-тируемого полимера, целесообразно проводить по следукщег.гу рени-му : нагрев до температуры 4СО - 450°С, выдержка 0,5 часа, нагрев до 950°С,вцдер:жа 0,5 часа, затем нагрев до необходимой температуры спекания, Ьздоржка при 400-450°С производится для удаления из прессовки газообразных продуктов термодеструкции ПХ!А, при 950°С- для максимального восстановления оксидов металла, Ьвдер;лка при температуре спекания составляет I час. Для получения минимальной (менее 3 % ) пористости температура спекания должна составлять 1220 - 1250°С, Если образцы подвергаются ДПГ, то температуру спекания можно понизить до 1180 - Г2С0°С, При спекании заготовок из металлоорганической смеси нет необходимости применения специальных защитных или восстановительных сред. Спекание осуществляется в атмосфере собственных газообразных продуктов термодеструкцшг 1Шк, обладающих восстановительными свойствами. Содержание кислорода в спеченных образцах составляет 0,02 - 0,05 %.

С целью предотвращения образования при закалке неоднородной структуры, появления "нафталинистого 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 кз порошка, полученного диспергированием ст-

рункоотходов в присутствии 2 вес,% 1ША. Показано, что чем вито время механохимической обработки металлопояимерной смеси , тем меньше порошковая сталь склонна к росту зерна, Установлено, что резким окончательной термической обработки в значительной мере зависит от предыстории получения порошка: после 4 минут виброобработки металлополимерной композиции оптимальной является температура нагрева под закалку Н90°С, после 12 минут -Х225°0, Это связано с изменением содержания углерода в спеченной быстрорежущей стали в зависимости от времени измельчения стружи совместно с ГША.

Увеличение времени механохшлического воздействия на исходную струкку приводит к снижению содерканш остаточного аустани-та в порошковой быстрорежущей стали. Показано, что наибольшее увеличение вторичной твердости порошковой стали, независимо от времени измельчения стружки, наблюдается при температуре отпуска 560°С.

Оптимальным режимом упрочняющей термической обработки пластин для сборного реаущего инструмента является закалка от теи-пературы 1190 - 1225°С (в зависшлости от предыстории получения порошка) и трехкратный отпуск в течение I часа при температуре 560°С,

Предел прочности при изгибе порошковой быстрорежущей стали возрастает с увеличением времени диспергирования стрункоотхо-дов : при времени измельчения 4 минуты Ое^Г= 4300 - 5000 МПа,а при использовании порошка, измельчавшегося в течение 12 минут в том же присутствии П.!,'А = 8500 - 9000 Ша,

Твердость пластин для сборного режущего инструмента, изготовленных из порошка, полученного диспергированием струхки стали Р6М5 в присутствии 2вес.$ rt.ii.IA,после окончательной механической обработки составляет (34 - 66 НЕС,

Показано,что красностойкость пластин зависит от продолжительности механохимической обработки исходной стружи.Так,при измельчении струнки в течение 4 минут красностойкость порошковой быстрорежущей стали составила НШ^о = 581 а при времени, измельчения 12 минут -НКС^од = 60. Максимальная красностойкость ПКС^д = 58 зарегистр!фована у образцов, изготовленных из металлополимерной композиции,полученной в результате механохишчес-кого измельчения исходной стружка в точение 10 и 12 мшеут.

Сравнительные испытания стоШ'.ооти режущих пластин из порошковой быстрорежущей стали показали, что стойкость при реза-

шш у лорошксЕкс пластин в 2 - 3 раза вша,а скорость резания на 15 - 30^ выите, чем у стандартной (литой и деформированной) стали Р61.'5.

Б 11 В 0 Д Ы

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

2, Установлено, что диспергирование стали Р6ГЛ5 в присутствии высокомолекулярного органического соедашения сопровождается протеканием встречных физико-химических процессов: окисление-раскисление, науглероживание-обезуглероживание, сульфоризация-десульфоризспия,

3, Поверхностное диспергирование металла сопровождается протеканием структурно-фазовых превращений:^ -фаза -^-чваза, наклепом и отдыхом структуры.

4, Предложена новая модель механизма поверхностного диспергирования твердых тел, являющаяся дальнейшим развитием эффекта Ребиндера,

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

6. Годовой экономический эффект от внедрения технологии переработки стру-дкоотходов быстрорежущей стали в порошок составил 44500руб. (в ценах 1590г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: • ■

1, Рева В,П, Механохшяическое обезуглероживание и науглероживание сплавов на основе железа // Тез.докл,науч.-техн. конф.: Экономия материальных ресурсов и улучшение качества изделий и конструкций на основе применения новых полимерных материалов, 1012 октября 1385г.-Виноградов,-Киев, 1985,-С,37,

2, Механохпмические процессы при виброобработке металлов в присутствии полимеров органического происхоадения /Гороховский Г.А,,Чернышев В,Г.,Рева В,П. и др.//Тез,логл,Х Всесоюз.сим-поз. гМехляоэмиссяя и мехачозсигпя тзердых тел,34-26 сентября

L93Gr,-Ростов-на-Дону.- M.: 1986 .-С. 159-160.

3, Трибохтшя моталлооргянических систем/Гороховский Г,А., Ччрн'слев В. Г.,Рева В.П, и др.// Трошго и износ,-Т938«-т»9,-

3.-С.460-472,

4» Получайте металлических порошков методом измельчения ст~ 1)ужкоотходов / Гороховский Г,А..Чернышев В.Г,,Рева В.П. и др.// Г1орошовая металлургия,-1988,- J6 12.-С,1-8.

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

6. Fesa В,П.,Попович A.A. Изготовление инструмента из порои-ка,полученного переработкой стружкоотходов с использованием высокомолекулярных соединений // Тез.докл. Есесоюз, науч.-техн.' колф.: Порошковая металлургия, 17-1? мая 1989 г,-Свердловск, 1989 г,-С,63.

7. Высокоэнергетическая обработка порошковых материалов. /Попович А.А,, Рева В.П,, Попович Т.А, и др,// доклады Всосоиз.науч. -техн. коггр.: Механохшический синтез, 20-23 августа 1990г,~ Яладивосток, 1990,- С.89-91.

8. Попович А,А.,Рова В.П.,Белоус 0.А, Ударно-волновая обработка металлических порошков // Тез«докл. Всесоюз. науч.-техн.конф: Сварка,резка и обработка материалов взрывом, 25-27 сентября 19Э0,-!/лнск, 1990.-С, 129-130..

3. Физико-химические превращения в порошках металлов и их сплавов при ударно-волновой обработке / Попович A.A., Рева В,II., 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 .АРева В, II,, Попович Г. А,у др; -Владивосток, 19Э1,-

6 с.-«-Дел. в Черметинформацш 30.08.91 г#,й 5805 - чм 91.

11, базовые превращения в поропках железа и его сплавов под влиянием ударно-волновой обработки / Попович А,А.,Рева В.П,, Василенко В.Н. и др, //Порошковая металлургия,-1993.-№ I.-C. 89-91.

12, A.c. I5736I2 СССР. Вибрационная мельница /Попович А,А», Рева В,П..Василенко В.Н. и др,-3аявл# 23.06.88г. Зарэгистр.в

Гоп.реестре 22.02.90г.