автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Научные основы межчастичного сращивания при формировании горячедеформированных порошковых материалов и принципы выбора технологических параметров их получения

На правах рукописи

Егоров Сергей Николаевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕЖЧАСТИЧНОГО СРАЩИВАНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

05.16.06.- «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск -2003

(

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Дорофеев В. Ю.

Официальные оппоненты: *

доктор технических наук, профессор Люлько В.Г.

доктор технических наук, профессор Панов В.С.

доктор технических наук, профессор Богодухов С.И. 4

Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Научный центр порошкового материаловедения Пермского государственного технического университета Министерства образования Российской Федерации»

Защита состоится 4 декабря 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДР 212.304.06 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте), 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения 132, ЮРГТУ (НПИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Автореферат разослан 29 октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доцент, к.т.н.

Горшков С.А.

V

О-ооЗ-Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Научно-технический прогресс основывается на разработке новых технологических процессах, к которым относится порошковая металлургия (ПМ), характеризующаяся возможностью создавать материалы с уникальным сочетанием свойств, разрабатывать экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии, снижением материальных и энергетических затрат на производство единицы продукции, уменьшением или полным исключением механической обработки. Традиционные методы ПМ, основанные на сочетании операций прессования и спекания, остаются в настоящее время достаточно перспективными для производства порошковых деталей, эксплуатация которых основана на сохранении в структуре материала значительной остаточной пористости. Однако повышение скоростно-силовых характеристик эксплуатации детали машин, наблюдаемое во многих отраслях промышленности, требует применение новых материалов с высоким уровнем механических свойств. Для их производства наиболее эффективны методы ПМ, основанные на горячей деформации порошковых и композиционных заготовок, обеспечивающей минимальное значение остаточной пористости. Наиболее перспективным методом получения высокоплотных порошковых материалов и изделий является горячая обработка давлением пористых заготовок (ГОДПЗ).

Многочисленные исследования, проводимые в последние десятилетия, посвящены выявлению зависимостей между составом исходной шихты, параметрами технологии, структурой и свойствам. Осмысление полученных результатов заложило фундамент научных основ ГОДПЗ, учитывающих отличие явлений, сопровождающих формирование горячедеформируемого порошкового материала (ГДПМ), от наблюдаемых при аналогичной обработке монолитных материалов и большинства технологических процессов ПМ.

Одним из основополагающих процессов формирования ГДПМ являет* ся сращивание материала частиц на уже имеющихся и вновь образующихся контактных поверхностях. Роль сращивания особенно велика при производстве материалов, работающих в нагруженных условиях. Очевидно, что какая , бы ни была структура в объеме материала, окруженном бывшей поверхностью частицы порошка, до определенного уровня сращивания свойства порошкового материала будут определяться не морфологическими структурными особенностями, а качеством сращивания.

Поэтому исследование межчастичного сращивания при формировании ГДПМ остается актуальной задачей порошкового материаловедения

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработать научные основы межчастичного сращивания при формировании горячедеформированных порошковых материалов и принципы выбора технологических параметров их получения.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С. Петербург о / «

* 09 т>

В соответствии с указанной целью в работе поставлены следующие задачи:

1. Исследовать процессы образования и залечивания микро- и субмикродефектов при формировании структуры зоны сращивания.

2. Исследовать распределение атомов примесей и легирующих элементов в зоне сращивания, определить роль концентрационных флуктуации в формировании структуры зоны сращивания.

3. Определить влияние морфологических особенностей структуры зоны сращивания на характер разрушения ГДПМ.

4. Установить физическую природу сращивания, проанализировать характер взаимодействия межчастичной поверхности со структурными составляющими зоны сращивания в условиях деформационной консолидации по- 1 рошкового тела.

5. Исследовать и теоретически проанализировать кинетику формирования контактной поверхности при различных уровнях термодеформационного воздействия на технологических стадиях получения ГДПМ.

6. Разработать принципы оптимизации параметров технологии получения ГДПМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем:

1. На основании комплексного исследования структурного состояния ГДПМ и теоретического анализа установлены механизмы формирования межчастичного сращивания на его различных технологических стадиях. Сформировавшаяся на бывших поверхностях физического раздела частиц межчастичная поверхность сращивания (МЧПС), являясь неотъемлемой структурной составляющей ГДПМ, подвержена трансформации в высокоугловую границу зерна в результате термодеформационного воздействия на уплотняемый материал, степень которого различается в зависимости от стадии, на которой произошло ее образование. В основе этой трансформации лежит характер ее взаимодействия с включениями второй фазы, к которым относятся субмикропоры, и с сегрегационной атмосферой. „->

2. Показано, что появление окисленных участков межчастичной поверхности сращивания происходит в результате соприкосновения поверхностей закрытых пор, окисленных кислородом захлопнутого в них воздуха. ^

3. Установлено, что формирование структуры зоны сращивания сопровождается возникновением субмикропор, обусловленным естественной шероховатостью частиц порошка. Выявлены механизмы их образования и залечивания. Определены границы действия этих механизмов. Показана роль объемной и зернограничной диффузии в залечивании субмикропор. Преждевременный отрыв мигрирующей МЧПС от субмикропор приводит к смене механизма их залечивания и к замедлению этого процесса. На основе анализа активации диссоциации молекул азота и кислорода и взаимодействия атомов этих газов с металлической поверхностью определены энергетические характеристики механизмов залечивания субмикропор. Теоретически рассчитан и

экспериментально определен критический размер субмикропор, при достижении которого происходит их захлопывание под действием сил поверхностного натяжения.

4. Выявлено принципиальное различие между межкристаллитным и внутрикристаллитным сращиванием, заключающееся в различном характере взаимодействия МЧПС с расположенными на ней включениями и сегрегационной атмосферой. При межкристаллитном сращивании МЧПС заблокиро-

' вана неметаллическими включениями, субмикропорами и сегрегирующими

атомами или при своей миграции увлекает их. Для внутрикристаллитного сращивания характерна интенсивная миграция МЧПС, приводящая к ее от» рыву от зернограничных дефектов и трансформации в высокоугловую меж-зеренную границу. Структурное различие в строении МЧПС объясняется различием в соотношении сил связи с ней зернограничных дефектов и движущей силы миграции.

5. На основании теоретического рассмотрения взаимодействия атомов легких элементов с металлической поверхностью адсорбата рассчитаны концентрации насыщения кристаллографических центров адсорбции на атомных плоскостях с малыми индексами.

6. Определено влияние сегрегационных скоплений на формирование внутрикристаллитного сращивания, которое проявляется в торможении миграции МЧПС. Показана роль легирования как средства управления миграцией МЧПС.

7. Предложена математическая модель уплотнения пористого тела, позволяющая определять относительную площадь контактного сечения. Определена зависимость обновления площади контактного сечения от пористости.

8. Выявлено различие в формировании межчастичного сращивания на контактных поверхностях, образовавшихся на различных стадиях горячее доуплот нения. Определена зависимость критической степени пластической деформации, выражающей минимальную величину совместной пластической деформации приконтактных объемов порошкового материала, необходимую для формирования на этом участке контактной поверхности внутрикристаллитного сращивания, от температуры горячей допрессовки.

. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1. Разработаны принципы определения оптимальных технологических параметров получения ГДПМ порошковых материалов на основе железа.

2. Разработана автоматическая установка для горячей штамповки спеченных заготовок (Авторское свидетельство № 1320021), позволяющая управлять температурным режимом пористой заготовки и сформованной детали при их технологических транспортировках на операции горячей допрессовки.

3. Разработан способ изготовления беспористых порошковых изделий, предполагающий объемное деформирование порошкового материала на конечной стадии его уплотнения (Патент 2168392), что позволяет завершить

формирование внутрикристаллитного сращивания на неактивированных участках контактного сечения.

4. Разработан программный комплекс, позволяющий проводить количественный металлографический анализ на базе современной информационно-вычислительной техники.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались и обсуждались более чем на 25 международных всесоюзных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе: Новочеркасск, 1976, 1979, 1982, 1985, 1988; Ш-УП-ой Всесоюзных конференциях «Горячее прессование»; Киев, 1979, Всесоюзной конференции «Проблемы порошковой металлургии при производстве деталей в машиностроении»; Свердловск, 1989, ХУГ-ой Всесоюзной научно-технической конференции «Порошковая металлургия»; Курск, 1992, Республиканской научно-технической конференции «Материалы и упрочняющие технологии»; Севастополь, 1998, У-ой Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и системы машиностроения»; Пенза, 2000, Международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении»; Новочеркасск, 20002, Международной научно-технической конференции «Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения»; Новочеркасск, 2003, Ш-ей Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» и др.

ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано свыше 70 работ, в том числе 1 монография, получено 3 авторских свидетельств и патентов.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ: диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов. Основное содержание работы и выводы изложены на 266 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 110 рисунков и 56 таблиц. Список литературы включает 182 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, исходя из задач и требований, предъявляемых к ГДПМ, показана научная новизна результатов работы, их практическая значимость.

В первой главе приводятся сведения о квантовомеханической природе металлической связи, и рассматривается современное состояние теории твердофазного соединения металлов. Содержание главы ограничено рассмотрением металлов, наиболее широко применяемых для производства ГДПМ,

Одним из этапов межчастичного сращивания является установление межатомного взаимодействия между атомами, образующими МЧПС. Описание и анализ этого процесса должны основываться на представлениях о природе металлической связи, являющейся следствием электронного строения

атомов металла и обуславливающей его кристаллическое строение и структурно-независимые свойства.

Анализ литературных источников, посвященных исследованию процессов, основанных на твердофазном соединении металлов, позволил выделить и описать сущность пленочной рекристаллизационной, энергетической, диффузионной гипотез сращивания, гипотезы активации сращивания.

Проведенный анализ представленных работ показывает, что адекватное представление такого сложного явления как сращивание не может основываться на каком-то одном факторе, а должно учитывать все многообразие наблюдаемых явлений. Достижениям в области создания теории твердофазного соединения металлов способствуют, во-первых, развитие представлений о процессах диффузии и деформации, межатомном взаимодействии, строении границ зерен, во-вторых, использование современных методов структурного анализа и локализация области исследования.

Изучение состояния вопроса позволил сформулировать вышеуказанные цель и задачи исследования.

Во второй главе приводятся необходимые сведения об исходных материалах, специфике изготовления и исследования ГДПМ. Используемые в исследовании стандартные и апробированные методики упоминаются в тексте диссертации при обсуждении полученных результатов.

ГДПМ изготовлялся по технологии горячей штамповки пористой заготовки, разработанной проф. Ю.Г. Дорофеевым. В работе использовались разновидности технологических операций, заключающиеся в проведении статического холодного прессования (СХП) на воздухе и в вакууме и в использовании в качестве защитных сред водорода, аргона, диссоциированного аммиака и вакуума.

Для проведения операций прессования и спекания в вакууме использовалась вакуумная установка, основным узлом которых являлись вакуумные камеры, устанавливаемые на гидравлический пресс и лабораторный копер. Установка позволяет получить разрежение в рабочей камере, равное 10'2Па.

Анализ химического состава выбранных участков поверхности металлических частиц и изломов ГДПМ проводили методом локальной Оже-электронной спектроскопии (ОЭС) на Оже-спектрометре модели PHJ-680 фирмы "Physical Electronics" при давлении остаточных газов в аналитической камере прибора (1-2,5)*10'7 Па.

В работе использовались железные порошки отечественного и зарубежного производства следующих марок: ПЖВ2.160.26, ПЖВЗ.160.26 (ОАО СулМЗ); ПЖРЗ.200.28 (ОАО «Северсталь»); ASC100.29, Astaloy СгМ («Hoganas», Швеция); Atomet 4601, Atomet 4901 («Quebec Metal Powders», Канада).

Для проведения количественных металлографических исследований на базе современной информационно-вычислительной техники разработан программный комплекс, состоящий из микроскопа, видеосистемы и ПЭВМ с

программным обеспечением анализа структуры материалов. Система обработки изображения, состоящая из алгоритмов первичного анализа, дискриминатора, логического алгоритма и генератора отсчета, позволяет создать в режиме диалога с пользователем из исходного изображения аналог с учетом заданного уровня дискриминации.

В третьей главе рассматриваются причины образования в зоне сращивания оксидных включений. В процессе СХП и горячей допрессовки пористой заготовки при достижении физического контакта образуются межчастичные поверхности, отличающиеся от внутричастичных границ зерен наличием расположенных на них субмикропор и оксидных включений. Для того чтобы подчеркнуть различие в морфологии внутричастичных межзеренных границ и границ, сформированных при уплотнении прессовки, вводится понятие о МЧПС, определяющее зону сращивания как область деформационного формирования межчастичной границы с находящимися на ней зерногра-ничными дефектами.

Для выяснения причины образования в ГДПМ оксидных включений при использовании во время нагрева пористой заготовки защитной газовой среды или вакуума был исследован характер пористости холоднопрессован-ных формовок и кинетика его изменения при последующем нагреве (рис. 1).

а) б)

Рис.1. .Зависимость величины закрытой пористости от общей для фракций:

1 --0,056; 2 — +0,056,-0,071; 3 — +0,071,-0,16 (а) и от температуры нагрева и исходной пористости: 1 — 15%; 2 — 30%; 3 — 40% (б)

Изменение величины закрытой пористости при спекании объясняется распорным действием захлопнутого в них воздуха. Расчет контактных растягивающих напряжений, выполненный при определении давления воздуха исходя из изменения размеров пор при СХП, показал, что их величина соизмерима с прочностью холоднопрессованного порошкового материала. Если контактные растягивающие напряжения превышают прочность сцепления контактных поверхностей, то происходит их частичное разрушение с образованием поровых каналов, соединяющих бывшие закрытые поры с тупиковыми и внешней газовой средой.

Линейный характер зависимости величины окисленной МЧПС как функции закрытой пористости и ее инвариантность температуре нагрева и общей пористости (рис.2) позволяет заключить, что появление оксидов металла на МЧПС связано с окислением поверхности закрытых пор захлопнутым в них воздухом.

С учетом сказанного, практический интерес представляет определение технологических параметров процессов СХП и нагрева, при которых не происходит образования окисленных участков МЧПС при последующем уплотнении (рис.3).

-1

Ь*10 ,м 0,8

0,4

•-1 Д-2 о-з У

д / °л

0 2 4 Пз,%

Рис. 2. Зависимость величины окисленной МЧПС от остаточной закрытой пористости: 1 — П=15%; 2 — П=20%; 3 — П=30%

Рис. 3. Интервалы технологических режимов прессования и спекания с различным соотношением между закрытой и открытой пористостями:

1 — +0,071 ,-0,16; 2 — -И),056,-0,071; 3--0,056

Построенная диаграмма разделяет области изменения технологических режимов на 4 области. Первая область характеризуется практическим отсутствием закрытой пористости. Во второй области вследствие слабых сил межчастичного взаимодействия удается максимально раскрыть закрытые поры. В третьей области закрытая пористость уменьшается лишь частично. И в четвертой области, соответствующей наибольшим давлением СХП, закрытая

пористость при нагревании практически не уменьшается. Линия, разделяющая вторую и третью зоны диаграммы, представляет собой зависимость минимальной температуры нагрева, при которой происходит полное раскрытие закрытых пор, от величины исходной пористости. Таким образом, области III и IV - интервалы технологических режимов СХП и нагрева, при которых, несмотря на применение защитной среды, не удается избежать появления окисленных участков МЧПС при последующем горячем уплотнении пористой заготовки.

Окисление поверхности закрытых пор и формирование зоны сращивания с окисленными участками МЧПС снижает как прочностные, так и пластические свойства ГДПМ. Фрактограммы изломов показывают, что наличие оксидных включений на МЧПС приводит к интеркристаллитному разрушению, как по оксидному включению, так и по поверхности раздела металл-оксид. Так как зарождение трещин происходит у включений избыточных фаз, то увеличение их количества в зоне сращивания снижает величину пластической деформации перед разрушением. Уменьшение предела прочности при повышении степени окисления МЧПС объясняется снижением несущей площади контактного сечения.

В четвертой главе рассматриваются процессы образования и залечивания субмикропор в зоне сращивания. При электронно-микроскопическом исследовании зоны сращивания на межчастичных поверхностях были выявлены микронесплошности, которые в отличие от микропор, выявляемых оптическим металлографическим микроскопом, названы субмикропорами. Размеры субмикропор в зависимости от марки порошка и условий СХП варьируются в пределах 0,4-0,8 мкм. В случае проведения СХП в вакууме отмечается влияние пористости на размеры субмикропор. По мере уплотнения прессовок уменьшаются их размеры во всем исследуемом интервале значений пористости. Влияние пористости на размеры субмикропор прессовок, полученных СХП в вакууме, объясняется отсутствием противодавления со стороны субмикропор и продолжением пластического течения металла в приконтактной области по мере увеличения давления прессования.

В условиях СХП субмикропоры образуются вследствие сопряжения и смятия выступов шероховатости контактирующих частиц. Применение материала, полученного методом распыления, с более гладкой поверхностью частиц приводит к уменьшению размера субмикропор по сравнению с формовками, изготовленными из восстановленного порошка.

В процессе спекания холоднопрессованных заготовок происходит изменение структуры зоны сращивания, приводящее к существенному улучшению качества контакта и выражающееся в значительном повышении условного предела прочности пористого материала. Изменение тонкой структуры зоны сращивания связано с уменьшением размеров субмикропор и изменением характера их расположения. Наряду с зернограничными наблюдаются и внутризеренные субмикропоры, образовавшиеся в результате отрыва от

них МЧПС. Проанализировать процесс залечивания субмикропор можно по изменению объемного параметра субмикропоры в процессе спекания (рис. 4, 5).

ч-паг».«-п=1« -^п-ки -в-п-т

а) б)

Рис.4. Зависимости объемного параметра субмикропор прессовок из порошка марки ПЖВЗ.160.26 от продолжительности спекания:

а— 1000 °С; б— 1100 °С

Анализ представленных зависимостей позволяет сделать вывод о действии нескольких механизмов залечивания субмикропор при спекании, отличающихся своей интенсивностью. Если у прессовок с исходной пористостью 36%, изменение объемного параметра субмикропор подчиняется линейной зависимости во всем рассматриваемом временном интервале, то процесс залечивания субмикропор более плотных прессовок происходит в две стадии.

-Ф-л=мх -».пязвк

а) б)

Рис.5. Зависимости объемного параметра субмикропор прессовок из порошка марки ПЖРЗ.200.28 от продолжительности спекания:

а— 1000 °С;б— 1100 °С

В начальный период спекания наблюдается стация ускоренного залечивания субмикропор (стадия 1), сменяющаяся по истечению определенного времени стадией 2 с меньшей интенсивностью. Наибольшая продолжительность

п

этого процесса отмечается у прессовок из восстановленного порошка, что можно объяснить большим исходным размером субмикропор. Обращает на себя внимание различие в характере процесса залечивания субмикропор прессовок, изготовленных из восстановленного и распыленного порошков, независимо от температуры спекания. При использовании восстановленного порошка по окончании ускоренной стадии (П=15%) интенсивность залечивания не зависит от значения исходной пористости, о чем свидетельствует практически параллельный ход линий на рис. 4, а,б. Тогда как в случае применения распыленного порошка стадия 2 (П=15%) характеризуется меньшей интенсивностью по сравнению со скоростью залечивания субмикропор прессовок с исходной пористостью 36%. Дня объяснения механизмов и кинетики данного процесса следует исследовать особенности его протекания в прессовках, полученных при СХП в вакууме. Проведенное исследование показывает, что в этом случае залечивание субмикропор происходит значительно быстрее. Кроме того, в прессовках из распыленного порошка с исходной пористостью менее 26% и из восстановленного порошка - 20% субмикропоры не обнаруживаются при минимальном времени спекания (4 мин).

Более быстрому залечиванию субмикропор прессовок, полученных СХП в вакууме (рис. 6,7), способствуют два обстоятельства, во-первых, их меньший исходный размер и, во-вторых, менее продолжительное протекание диссоциации молекул газов, находящихся в субмикропорах, и диффузии их ионов в объем материала.

Рис.6. Зависимости объемного параметра субмикропор прессовок, полученных СХП в вакууме из порошка марки ПЖВЗ.160.26, от продолжительности спекания:

а — 1100 °С; б — 1 ООО °С; 1 — П=15%; 2 —11=36%

Помимо отмеченных выше стадий этого процесса у прессовок, сформованных при СХП в вакууме, наблюдается стадия ускоренного залечивания субмикропор на конечном этапе спекания независимо от исходного порошка и исследуемых технологических режимов, которую можно трактовать как третью стадию, интенсивность которой превосходит интенсивность залечивания субмикропор на всех предшествующих временных интервалах.

б)

Рис.7. Зависимости объемного параметра субмикропор прессовок, полученных СХП в вакууме из порошков марок ПЖРЗ.200.28 (а) и А8С100.29

(б)

от продолжительности спекания:

1,2 — 1100 °С; 3,4— 1000 °С; 1,4 — П=36%; 2,3 — П=30%

Проведенное электронно-микроскопическое исследование структуры зоны сращивания позволило выявить закономерности залечивания субмикропор при спекании.

В начальный период спекания наблюдается ускоренное залечивание субмикропор, продолжительность которого зависит от исходной пористости и температуры спекания. Затем интенсивность залечивания уменьшается. На конечной стадии залечивания субмикропор прессовок, изготовленных СХП в вакууме, интенсивность этого процесса возрастает.

Для анализа механизмов залечивания субмикропор рассмотрена связь между этим процессом и структурообразованием материала при спекании. Со-

поставление продолжительности ускоренного залечивания субмикропор в начале спекания с длительностью первичной рекристаллизации позволяет сделать заключение о том, что эта стадия происходит в момент зарождения и роста рек-ристаллизованных зерен. МЧПС также подвержена действию движущей силы миграции и в определенных условиях может мигрировать, увлекая при этом субмикропоры. Характер взаимодействия субмикропор с МЧПС различен и зависит от их размера, химического состава металлического порошка, степени холодной пластической деформации, определяющей движущую силу миграции границы. При малой степени уплотнения порошка при СХП стадия ускоренного залечивания субмикропор не наблюдается, и их залечивание происходит * диффузионным путем.

Следует обратить внимание на различие в интенсивностях залечивания субмикропор при одинаковой температуре спекания, проявляющееся при сравнении результатов исследования, представленных на рис.4, 5. У прессовок, изготовленных из порошка марки ПЖВЗ. 160.26 при СХП на воздухе, можно отметить не зависящую от пористости интенсивность исследуемого процесса, тогда как при использовании порошка марки ПЖРЗ.200.28 или при СХП в вакууме прессовок из порошка марки ПЖВЗ. 160.26 интенсивность залечивания субмикропор существенно зависит от исходной пористости. Это обстоятельство можно объяснить разным характером взаимодействия МЧПС с субмикропорами. В том случае, когда движущая сила миграции МЧПС не достаточна для увлечения субмикропор, на залечивание последних благоприятно сказывается их расположение на МЧПС, и превалирующую роль в этом процессе играет зернограничная диффузия. Если ускоренное залечивание субмикропор происходит в результате их увлечения мигрирующей МЧПС, то возможны две разновидности продолжения этого процесса. Во-первых, в случае отрыва мигрирующей МЧПС от субмикропор они становятся внутри-зеренными, и их дальнейшее залечивание осуществляется по механизму объ- >'

емной диффузии. Во-вторых, если условия миграции МЧПС не приводят к изменению в расположении субмикропор, то продолжение залечивания по окончании первичной рекристаллизации происходит в результате зерногра-ничной диффузии.

Ускоренное залечивание субмикропоры в конце спекания представляет собой ее самопроизвольное захлопывание под действием сил поверхностного натяжения, когда в процессе диффузионного залечивания размер субмикропоры достигает некоторого критического значения. При расчете критического размера субмикропоры, стягиваемой поверхностным натяжением, в материале из железного порошка получен результат в пределах (1,5-2,9)* 10' 4мм. Верхнее значение расчетного интервала близко к размерам субмикропор, наблюдаемым перед конечной стадией их залечивания. Трудность проведения электронно-микроскопического исследования зоны сращивания не

позволяет экспериментально установить точного значение критического размера субмикропоры. Однако совпадение порядка расчетного и экспериментального значений позволяет утверждать о справедливости предлагаемого механизма стягивания субмикропоры на конечной стадии ее залечивания.

Таким образом, можно выделить следующие механизмы залечивания субмикропор при спекании: объемная диффузия; диффузия по МЧПС; увлечение мигрирующей МЧПС; захлопывание под действием сил поверхностного натяжения.

Пятая глава посвящена исследованию сегрегации на МЧПС, определению движущих и тормозящих сил ее миграции. Методом ОЭС были выявлены следующие зоны разрушения: интеркристаллитный и транскристаллит-ный сколы, вязкий излом, внутризеренная и межчастичная субмикропора. Концентрация элементов на характерных поверхностях излома представлена в табл. 1,2. Наиболее высокая концентрация примесных и легирующих элементов наблюдается на поверхности субмикропор и объясняется их образованием в результате слияния свободных поверхностей, а также повышенной концентрацией вакансий вблизи внутренних поверхностей с малым радиусом кривизны.

Таблица 1

Концентрация элементов в различных зонах излома ГДПМ из порошка ASC

100.29

Область излома Атомное содержание компонентов, %

О S N

Интеркристаллитный скол 15 5 8

Транскристаллитный скол 1.3 0,8 1,7

Гребень вязкого излома 1,9 0,2 4

Внутризеренная субмикропора 17 12 17

Межчастичная субмикропора 20 15 18

Несколько ниже концентрация этих элементов на поверхностях интер-V кристаллитного скола, проходящих по МЧПС. При вязком изломе распростра-

нению трещины предшествует локальная пластическая деформация, поверхность излома не совпадает с контактной межчастичной поверхностью. На гребнях чашечного излома отмечается минимальное содержание молибдена. Следовательно, трещина распространяется по объему материала, в котором упрочнение от действия растворенных легирующих элементов вследствие их малой концентрации снижено. Относительно высокая концентрация кислорода уменьшает критическое напряжение отрыва, предопределяя зону развития трещины.

Наименьшей концентрацией легирующих элементов характеризуются зоны транскристаллитного скола и вязкого излома.

Таблица 2

Концентрации элементов в различных зонах излома

Марка Область излома Атомная концетрация компонентов,%

порошка Mo Ni Cr О С S N

Atomet 4601 Интеркристаллитный скол 1,7 8 - 11 1,8 0,6 -

Транскристаллитный скол 0,3 1,6 - 0,2 0,01 0,01 0,2

Внутризеренная суб-микропора 2,2 11 - 12 2 0,8 1,2

Межчастичная субмик-ропора 2,3 14 - 13 4 10 3

Гребень вязкого излома 0,2 10 - 0,8 - 0,02 -

Atomet 4901 Интеркристаллитный скол 8 - - 12 5 0,8 0,4

Транскристаллитный скол 0,3 - - 0,3 0,05 0,01 -

Межчастичная субмик-ропора 11 - - 14 10 10 1,5

Внутризеренная суб-микропора 10 - - 10 4 од 0,2

Гребень вязкого излома 0,8 - - 1,5 0,6 0,01 -

Astaloy Интеркристаллитный скол 4 - 8 12 8 14 0,3

Транскристаллитный скол 0,8 - 1,7 0,5 0,7 - -

Межчастичная субмик-ропора 6 - 11 15 10 16 0,5

Внутризеренная суб-микропора 5 - 10 14 9 15 0,2

Гребень вязкого излома 0,5 - 0,5 0,8 0,6 0,2 -

Результаты данного исследования позволяют констатировать уменьшение относительной концентрации легких элементов на всех участках поверхностей разрушения материала, изготовленного из порошков Atomet 4601, Atomet 4901 и Astaloy, по сравнению с материалом, изготовленным из порошка ASC 100.29. Это обстоятельство объясняется сегрегацией на отмеченных поверхностях атомов молибдена и вытеснением атомов легких элементов вследствие уменьшения размеров тетраэдрических и октаэдрических пустот. Следовательно, условия горячего доуплотнения настолько интенсифицируют диффузионные процессы, что, несмотря на относительно низкий

коэффициент диффузии молибдена в железе, образуются сегрегации атомов молибдена на всех рассматриваемых участках поверхности разрушения.

Анализ результатов ОЭС по исследованию распределения элементов в отмеченных зонах поверхности разрушения позволил выявить следующие закономерности.

Поверхность интеркристаллитного скола отличается снижением концентрации как легирующих, так и примесных элементов по мере увеличения продолжительности ионного травления. В случае двойного легирования (Мо+ №, Мо+Сг) содержание молибдена ниже, чем никеля и хрома, а область , его распространения весьма ограничена. У ГДПМ, изготовленного из порош-

ка АЮтс! 4901, наблюдается наиболее высокое содержание молибдена при относительно широкой сегрегационной области, соответствующей травлению в течение 10 мин. Легирование хромом и никелем молибденосодержа-щего порошка приводит как к сужению сегрегационной области, так и снижению уровня сегрегации последнего. На поверхности интеркристаллитного скола сегрегационная область никеля примерно в полтора раза шире, чем хрома.

Среди примесных элементов наибольшей сегрегационной способностью в этой зоне разрушения отличается кислород, создающий наиболее широкую сегрегационную область. Наиболее узкая сегрегационная область у атомов серы. Углерод занимает промежуточное положение.

По характеру распределения элементов поверхность субмикропор близка к поверхности интеркристаллитного скола. По мере залечивания субмикропор, особенно по механизму их захлопывания, поверхностная сегрегация переходит в зернограничную или в случае отрыва МЧПС от дефектов во внутризеренную, создавая области в структуре ГДПМ, отличающиеся локальным содержанием примесных и легирующих элементов наследственного характера. Присутствие ионов никеля сужает сегрегационные области * легких элементов по сравнению с ГДПМ, легированным молибденом и хро-

мом. Также как и в случае интеркристаллитного скола, рассмотренного выше, наиболее широкой сегрегационной областью для всех исследованных Ь ГШПМ обладает кислород. Следует отметить, что элементы, образующие

твердые растворы внедрения, характеризуются более широкой сегрегационной областью, чем легирующие металлы. Исключение составляет ГШПМ из порошка марки АЮте1 4601, у которого сегрегационная область никеля выявляется более наглядно по сравнению с углеродом, азотом и серой.

На поверхностях транскристаллитного скола наблюдается сегрегация элементов относительно невысокого уровня или с монотонным снижением концентрации или с небольшими концентрационными экстремумами. В последнем случае можно говорить о расположении МЧПС в зоне ионного травления поверхности разрушения. Причиной распространения трещины именно по этой поверхности является снижение когезионной прочности из-за повы-

шенной по сравнению с внутренними объема зерна концентрации атомов кислорода.

Распределение элементов на поверхности вязкого излома носит ярко выраженный экстремальный характер. То обстоятельство, что наиболее высокое содержание, как металлов, так и легких элементов наблюдается на некотором расстоянии от поверхности разрушения, объясняется внутризерен-ным развитием трешины. Исключение составляет молибден, экстремальный <

характер распределения которого наблюдается только на вязком изломе ГДПМ из порошка марки А1оше14901. Во всех остальных случаях нельзя говорить о заметной сегрегации этого элемента. Локальный концентрационный максимум можно объяснить, во-первых, сегрегацией на МЧПС или как следствие положения МЧПС в момент ее освобождения от сегрегационной атмосферы. На наш взгляд, несовпадение положений концентрационных максимумов элементов указывает на отрыв МЧПС от сегрегирующих элементов, распределение которых в объеме материала носит неравновесный характер.

ОЭС поверхности вязкого разрушения позволило установить различное происхождение наблюдаемых субмикронесплошностей. Различие в характере распределения элементов на их поверхностях позволил различить субмик-ропоры, возникшие при образовании МЧПС, и субмикронесплошности, образованные при разрушении ГДПМ. Причем субмикропоры наблюдаются, если горячая допрессовка материала производилась при относительно низких температурах (950-1000°С). Их внутризеренное расположение обусловлено ранним отрывом МЧПС от тормозящих ее миграцию дефектов. Если ГДПМ сформирован при более высокой температуре, то на поверхности вязкого излома наблюдаются субмикронесплошности, возникшие в процессе его разрушения. Вязкое разрушение в условия получения излома в камере Оже-спекгрометра происходит в результате разрыва перемычек между субмикро-несплошностями, независимо от природы их происхождения. При наличии в структуре ГДПМ внутризеренных субмикропор для его разрушения не тре- Г

буется стадия зарождения трещины, так как роль последней выполняют внутризеренные субмикропоры. Следовательно, даже при формировании внутрикристаллитного сращивания высокий уровень свойств ГДПМ достига- I

ется при полном залечивании субмикропор независимо от характера их расположения.

Определение движущей силы миграции МЧПС проведено по физическому уширению линии (220) эталонного образца, который после горячей до-прессовки до беспористого состояния подвергался отжигу при 900°С в течении одного часа. Для фиксирования дислокационной структуры, характерной для высокотемпературной пластической деформации, образцы деформировались в высокоплотном состоянии по схеме свободной ковки. Для подавления процесса разупрочнения в ходе статической рекристаллизации в период по-следеформационного охлаждения образцы после деформирования охлаждались в воде. Так как скорость процессов упрочнения и разупрочнения сущест-

венно зависит от скорости деформации, то осадка образцов производилась на оборудовании, на котором осуществляется горячая допрессовка пористых заготовок. При расчете вектора Бюргерса использовались предпочтительные направления и плоскости скольжения.

Основываясь на полученных экспериментальных результатах, построена диаграмма, позволяющая определить значение движущей силы миграции МЧПС от режимов горячей допрессовки (рис.8).

Рис.8. Изоэнергетические линии движущей силы миграции МЧПС в эрг/см2:

1 — 107; 2 — 10б; 3 — 105; 4 — 104

Величина движущей силы миграции МЧПС изменяется в пределах 104-107 эргсм'г в зависимости от условий горячей допрессовки.

Торможение миграции МЧПС происходит в результате ее взаимодействия с оксидными включениями, субмикропорами и сегрегацией примесных и легирующих элементов. Образование в зоне сращивания оксидных включений можно избежать соответствующим выбором режимов СХП и спекания, и, следовательно, можно не учитывать их влияние на подвижность МЧПС.

1 Рассмотрение сегрегационного торможения МЧПС основано на из-

вестном распределении элементов на поверхности частицы. Работа, совершаемая против силы сегрегационного торможения Fcm, должна диссипиро-h ваться за счет диффузии сегрегированных атомов, происходящей при мигра-

ции МЧПС. Скорость диссипации свободной энергии, связанной с диффузионными потоками, определяется произведением потока на движущую силу. Движущей силой диффузии является градиент химических потенциалов. Величина химического потенциала реальных твердых растворов выражается через термодинамическую активность. Для определения коэффициента активности атома приравняем энергию связи сегрегированного на МЧПС атома, выраженную через равновесную концентрацию, и приращение свободной энергии в неоднородной системе. Уравнение для вычисления силы сегрега-

ционного торможения, приходящейся на единицу площади МЧПС, в случае ее отрыва от сегрегационной атмосферы:

Fcm~ ^ Cnpim *ХЫ;*КМ* k*T* ln(CvaKa/ CJ/tf *(Ct№a-CJJ, (1)

м

где Смакс, Cnpllm, См,- максимальная, приведенная и внутризеренная концентрации i-oro компонента;

хы, -ширина сегрегационной зоны;

Км- число атомов, приходящихся на одну элементарную кристаллическую ячейку;

к- постоянная Больцмана; Г-абсолютная температура.

Приведенная концентрация рассчитывается по формуле:

Сдрин-|С(х), *dx/xcd, , (2)

с

где С(х); - функция, описывающая распределение i-oro компонента в сегрегационной области.

Фактические значения для расчета Fcm получены в результате обработки данных Оже-электронной спектроскопии металлических порошков. Результаты расчета для температуры горячей допрессовки 1000°С приведены в табл.3

Таблица 3

Значения силы сегрегационного торможения миграции МЧПС при ее отрыве от сегрегационной атмосферы

Марка порошка ПЖВ 2.160.26 ПЖВ 3.160.26 ПЖР 3.200.28 ASC 100.29 Atomet 4601 Atomet 4901 Astaloy

FCT, Ю-5 эрг/см2 4,2 7Д 6,1 1,48 4,6 8,5 4,43

В случае, когда движущая сила миграции МЧПС недостаточна для ее отрыва от сегрегированных атомов, и миграция сопровождается их увлечением, приведенные выше рассуждения справедливы для вычисления силы сегрегационного торможения МЧПС. В основу расчета положено определение значения диффузионного потока как разности в количестве атомов, образующих сегрегацию по обе стороны МЧПС. Для того чтобы использовать формулы, выведенные при рассмотрении предыдущего случая, введем понятие приведенной концентрации, вычисляемой по следующему выражению:

)с(х\<к -}С(х),с1х

С^прив1 — ~ - , (3)

ХСЛ1

где С(х), - функция, описывающая распределение второго компонента в сегрегационной области;

хсА - ширина сегрегационной области.

Следует отметить, что в этом случае Fcm является переменной величиной, зависящей от элементарного акта миграции МЧПС, характеризуемого значением Xfe. Чем больше значение движущей силы миграции МЧПС, тем более протяженным оказывается отрезок х/е, и тем больше сила сегрегационного торможения. Для всех исследованных материалов на рассматриваемой зависимости можно выделить три участка. В области малых перемещений МЧПС (5-1 Онм) сила сегрегационного торможения относительно невелика, но весьма чувствительна к изменению аргумента. При достижении определенного значения х/е, соответствующего ширине сегрегационного скопления одного из компонентов, ход зависимости становится плавным до достижения максимальной величины тормозящего эффекта. На третьем участке, соотвествующему резкому падению Fem, происходит переход от увлечения МЧПС сегрегационной атмосферы к от-1 рыву от нее. В этом случае миграция МЧПС перестает зависеть от сегрегацион-

ного фактора.

Расположение субмикропор на МЧПС термодинамически выгодно, так как общая энергия системы снижается за счет уменьшения межчастичной поверхностной составляющей. Следовательно, для освобождения МЧПС от субмикропор должна быть затрачена энергия, равная увеличению ее площади. Предположим, что приращение площади МЧПС равно суммарной площади сечения ансамбля зернограничных субмикропор, приходящихся на единицу ее площади.

Тогда

Fnm=Nn*a;P*S, (4)

где N„ - концентрация зернограничных субмикропор;

а-,р- зернограничная поверхностная энергия;

S - площадь сечения субмикропоры.

При электронно-микроскопическом исследовании зоны сращивания было установлено, что концентрация зернограничных субмикропор составляет

(3,3-3,8)*108 см"2, размеры которых изменяются в интервале (2-7)*10"4мм.

Вычисление энергии свободной поверхности железа дало результат в у пределах 1,4-2,8 Дж/м . Воспользуемся соотношением зернограничной и по-

» верхностной энергии, равным 0,4. Подставляя исходные значения в форму-

лу (4), получим интервал значений силы торможения субмикропорами * МЧПС (F„m=60-1600 эрг/см2). Полученный результат показывает, что макси-

мальный эффект, тормозящий миграцию МЧПС, вызванный субмикропорами, оказывается примерно на два порядка меньше, чем тормозящее действие на миграцию МЧПС, обусловленное сегрегацией. Влияние субмикропор на МЧПС следует учитывать при действии движущих сил миграции, соизмеримых со значением «103эрг/см2.

Шестая глава посвящена формированию контактной поверхности на технологических операциях ГОДПЗ. Непосредственное измерение площади межчастичных контактов в реальных порошковых телах является весьма

сложной экспериментальной задачей. Поэтому в работе разработан модельный метод ее определения, заключающийся в деформировании сферической металлической составляющей порошкового тела, вписанной в элементарный куб. Уплотнение происходит в замкнутом объеме, то есть пластическое течение материала ограничено объемом деформируемого куба, и развитие контактной поверхности происходит на его гранях. Учитывая стремление системы «материал- пора» к минимуму поверхностной энергии, свободная поверхность представляется как сферическая, имеющая общий центр с элементарным кубом.

Так как на стадии структурной деформации уплотнение пористого тела происходит без деформации материала частиц до достижения плотной упаковки частиц, то характер взаимодействия между элементарными объемами не изменяется. Дальнейшее уплотнение, протекающее по механизму пластического течения материала, сопровождается уменьшением размера и объема пор и их изоляцией. Изоляция пор разделяет процесс уплотнения на две стадии: уплотнение при открытой и закрытой пористостях.

Контактная поверхность, представляющая собой область, которая ограничена окружностью на грани элементарного куба, вычисляется на первой стадии уплотнения по формуле:

6*я*(г? -0,251*а? Л.

5 =-У-^Ц) При 2.=-*- (5)

конт. 1 \2/ 'а

^18*2*-16*гг?-1,5

где Л/ - текущее значение радиуса свободной сферической поверхности, центр которой совпадает с точкой симметрии элементарного куба;

а0, а, - начальное и текущее значения ребра элементарного куба. На второй стадии уплотнения относительное контактное сечение вычисляется по формуле:

\\

(6)

5 -6*ат конт. I

I

2*

- 2+^4*2? -1агсвт^ * г? -1)~0,5 --

/у

Для проверки адекватности разработанной математической модели было проведено физическое моделирование, заключающееся в выявлении зависимости площади межчастичных контактов на исходных сферических образцах от степени их пластического деформирования в условиях, соответствующих математическому моделированию уплотнения порошкового тела. В качестве материала образца использовался свинец, что позволило провести моделирование процесса горячего уплотнения при комнатной температуре. Анализ результатов математического и физического моделирования показывает, что предложенные модели адекватно описывают процесс формирования контактной поверхности. Используя полученные зависимости, составлена таблица, позволяющая определить текущие значения относительного кон-

тактного сечения и динамику его увеличения при уплотнении при любых значениях исходной и конечной пористостей.

Для оценки площади контактной поверхности, на которой на момент рассмотрения сращивание завершено, необходимо выбрать условия измерения тех или иных свойств материала, при которых не происходит изменение контактной площади. Поэтому были выбраны измерения электросопротивления при комнатной температуре и предела прочности при растяжении при температуре -120 °С. В процессе хрупкого разрушения не происходит заметного образования шейки, сопровождающее разрушение при комнатной температуре, что повышает точность определения площади контактного сечения.

Расчет проводился по методике, суть которой заключается в том, что относительное контактное сечение (акср) рассчитывается по формуле:

&Kcp~Sçpi/SHoy F/Fmaxt (7)

где Sep, - площадь контактной поверхности с завершенным сращиванием;

S„ou - номинальная площадь сечения порошкового тела;

F, - текущее значение свойства порошкового тела;

F „¡а- значение свойства порошкового эталона.

Эталоном считается порошковое тело с полным завершением сращивания на всей контактной поверхности. Эталоном служил образец из порошкового железа, подвергнутый дополнительной обработке давлением после горячей штамповки до беспористого состояния. Предел прочности эталонного образца составил 355 МПа, удельное электросопротивление - 19мкОм*см. Так как процесс сращивания является активированным, то контактную поверхность с завершенным сращиванием будем называть активированной контактной поверхностью.

Сопоставление значений относительных площадей активированной и контактной поверхностей показывает, что в холоднопрессованном материале эти значения сильно отличаются, и это различие увеличивается по мере уплотнения. Спекание позволяет значительно улучшить качество сращивания на контактной поверхности, о чем свидетельствует совпадение значений относительных площадей рассматриваемых поверхностей. Таким образом, можно заключить, что спекание при определенных условиях может обеспечить внутрикристаллитное сращивание на всей контактной поверхности. При исследовании развития контактной поверхности на стадии горячей допрес-совки обращает на себя внимание тот факт, что при уплотнении до остаточной пористости «1% активированная поверхность совпадает численно с контактной только при температуре уплотнения 1150 °С. При более низких температурах отличие составляет 0,04-0,05. Исследование изломов ГДПМ позволило выявить неактивированные участки МЧПС, представляющие собой мелкие гладкие элементы, выступающие из поверхности разрушения и рас-

положенные на поверхности интеркристаллитного скола. Данная морфологическая особенность отличает эти участки МЧПС от других элементов излома.

Причиной отличия величин контактной и активированной поверхностей является ретардирование сращивания по сравнению с обновлением контактной поверхности, что истолковывается как необходимость совместной деформации вошедших в контакт ранее свободных поверхностей порошкового тела для завершения формирования на них внутрикристаллитного сращивания. Критическая степень деформации определяет минимальную величину совместной пластической деформации приконтактных объемов материала, необходимую для формирования на этом участке МЧПС внутрикристаллитного сращивания. Эту величину можно определить как степень деформации, соответствующую значению ретардированного контактного сечения при известной температуре горячей допрессовки, На основании расчетных и экспериментальных данных определена критическая степень деформации в зависимости от исходной пористости и температуры горячей допрессовки.

Таблица 4

Критическая степень деформации при различных температурах горячей допрессовки

Температура, °С Исходная пористость, % Истинная критическая степень деформации

950 40 -0,0168/-0,0206

30 -0,0222/-0,0206

20 -0,0318

1050 40 -0,0136/-0,0098

30 -0,0168/-0,222

20 -0,0278

1150 20-40 0

Отсутствие критической степени деформации, необходимой для завершения сращивания при 1150 °С, объясняется протеканием релаксационных процессов во время последеформационного охлаждения. Этот процесс можно условно назвать квазистатическим сращиванием, так как он отличается от статического сращивания, происходящего при спекании, и от динамического, осуществляющегося в ходе горячего уплотнения.

Седьмая глава посвящена рассмотрению принципов выбора технологических режимов получения ГДПМ, как многоплановой задачи, решение которой должно учитывать все многообразие явлений, сопровождающих формирование порошкового материала в виде готовой детали.

С точки зрения технологической подготовки производства должны быть решены следующие задачи: определение размеров и конфигурации пористой заготовки, назначение температуры и продолжительности спекания, назначение температуры горячей допрессовки и величины остаточной пористости. Последующая обработка полученной детали выходит из рассмотрения настоящей работы, посвященной решению вопросов по обеспечению внутрикри-сталлитного сращивания на всей формируемой в ходе уплотнения контактной поверхности и не затрагивающей процессы структурообразования в ГДПМ, происходящие после достижения поставленной цели. В работе установлено, что формирование внутрикристаллитного сращивания происходит в условиях, обеспечивающих освобождение МЧПС от дефектов, отличающих ее от высокоугловой межзеренной поверхности. К последним относятся неметаллические (оксидные) включения, субмикропоры и неравновесная сегрегация примесных и легирующих элементов. Взаимодействие МЧПС с этими составляющими ее строения определяет характер сращивания и, следовательно, уровень свойств ГДПМ. Проведение операций СХП и нагрева пористой заготовки должно обеспечивать минимизацию степени окисленности МЧПС, формируемой при последующем соприкосновении свободных поверхностей пористого тела. Выявленные в работе причина окисления МЧПС, являющаяся следствием сохранения на стадии нагрева пористой заготовки захлопнутого в закрытых порах воздуха, и закономерности изменения характера пористости на этой стадии, послужившие основой для построения диаграммы, разделяющей поле технологических режимов на области, различающиеся соотношением между открытой и закрытой пористостями, позволяют обосновать назначение исходной пористости и температуры нагрева. Причем, выбор этих технологических параметров ограничен площадью соответствующей области диаграммы, что позволяет в ее пределах варьировать их значения, что особенно важно при сложной конфигурации детали, затрудняющей обеспечение равноплотности в различных сечениях заготовки.

Определенные в работе механизмы залечивания субмикропор на стадии спекания служат основой для установления режимов этой операции. В случае проведения спекания с целью гомогенизации материала заготовки залечивание субмикропор не является лимитирующим процессом, так как длительность гомогенизации, в подавляющем большинстве случаев, обеспечит их диффузионное залечивание независимо от действующего механизма. Если спекание проводится для повышения технологической прочности заготовки, то правильный выбор условий спекания, обязательно согласованный со значением исходной пористости при конкретном исходном порошке, позволит сократить его продолжительность при обеспечении ускоренного залечивания субмикропор за счет их увлечения мигрирующей МЧПС.

В условиях горячей допрессовки, характеризующейся временной ограниченностью термодеформационного воздействия на уплотняемый материал, на первый план выходят динамические процессы. Миграция МЧПС ограничивается тормозящим действием сегрегационной атмосферы и

субмикропор. Следовательно, обеспечение этого процесса возможно при формировании соответствующей дислокационной структуры, определяющей величину движущей силы миграции. При этом наглядно проявляется взаимосвязанное влияние выбора того или иного технологического параметра на механизмы и кинетику процессов, происходящих в порошковом материале на различных стадиях его формирования. В частности, плотность пористой заготовки оказывает влияние на уплотнение при СХП, на процессы, сопровождающие спекание, на сращивание и структурообразование при горячей допрессовке. На первой операции ее значение является косвенной оценкой степени холодной пластической деформации. При спекании оно определяет не только упомянутое выше соотношение между закрытой и открытой по-ристостями, но и относительные площади свободной и контактной поверхностей, представляющих собой геометрический фактор взаимодействия составляющих порошкового тела, как между собой в зоне сращивания, так и с внешней газовой средой. В процессе горячей допрессовки ставится цель достижения максимальной степени уплотнения, следовательно, материал прессовок с различными значениями исходной пористости подвергается на этой операции различному уровню деформационного воздействия, являющегося существенным фактором, определяющим условия формирования порошкового материала.

Исследование развития контактной поверхности показало, что в процессе горячей допрессовки наблюдается интенсивный рост активированной контактной поверхности неспеченных заготовок.Причем объем материала с сформированным внутрикристаллитным сращиванием практически не зависит от предварительного спекания. Таким образом, на этой технологической операции устраняется незавершенность сращивания, допущенная при спекании и СХП.

Что же касается контактных поверхностей, формирующихся при горячем доуплотнении, то обеспечение внутрикристаллитного сращивания является обязательным условием выбора технологических параметров этой операции. Для этого необходимо согласовать величину движущей силы миграции МЧПС с силой торможения от действия включений второй фазы и сегрегации. Принципиально возможны три варианта развития сращивания. Если сила торможения значительно превосходит движущую силу миграции, то МЧПС заблокирована, и структура материала в зоне контакта характеризуется межкри-сталлитным сращиванием. В случае значительного превышения движущей силы миграции над силой торможения МЧПС легко отрывается от зерногранич-ных дефектов, формируется внутрикристаллитное сращивание, но дополнительное появление внутризеренных дефектов не способствует повышению свойств ГДПМ. Наиболее благоприятны условия сращивания, при которых движущая сила миграции незначительно превышает интегральную силу торможения. Мигрирующая МЧПС увлекает за собой субмикропоры и сегрегационную атмосферу, способствуя, тем самым, залечиванию субмикропор и

уменьшению уровня сегрегации до равновесного, свойственного высокоугловой границе зерна. В этом случае наблюдается внутрикристаллитное сращивание и максимальная степень залечивания структурных дефектов, характерных для межчастичной поверхности.

В работе проведен анализ сил торможения МЧПС и определены значения движущей силы ее миграции в зависимости от условий горячей допрес-совки и характеристики исходного порошка. Основываясь на примененной методике и результатах вычисления энергетических составляющих миграции, можно обосновано определить режимы горячей допрессовки, обеспечивающие наилучшие условия формирования ГДПМ.

При изготовлении наиболее ответственных деталей, работающих в нагруженных условиях, следует учитывать выявленное в работе явление ретар-дирования сращивания, заключающееся в том, что на контактных поверхностях, образовавшихся в конце уплотнения, степень совместной пластической деформации недостаточна для формирования на этих участках внутрикри-сталлитного сращивания в динамических условиях. Данное обстоятельство накладывает определенное ограничение на выбор температуры горячей допрессовки, значение которой должно быть достаточным для протекания квазистатического сращивания при последеформационном охлаждении. Таким образом, в этих случаях рекомендуется выбирать температуру горячего доу-плотнения, близкую к верхней границе определенного температурного интервала.

В работе приведены конкретные примере назначения технологических режимов для изготовления методом ГОДПЗ лопасти компрессора бытового кондиционера, мундштука сварочной горелки и втулки опоры шнека кормопер-дачи.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе комплексного исследования структурного состояния ГДПМ определена сущность межчастичного сращивания. Для осуществления межатомного взаимодействия между сблизившимися на расстояние, соизмеримое с параметром кристаллической ячейки, поверхностными ионами, которое представляет собой сращивание на субмикроуровне, необходимо обеспечить не только саму возможность такого взаимодействия вследствие не-скомпенсированности металлической связи, но и придать этому процессу объемный характер, распространяя его на всю образующуюся в ходе уплотнения контактную поверхность. Сформировавшаяся на бывших поверхностях физического раздела частиц МЧПС, являясь неотъемлемой структурной составляющей ГДПМ, подвержена трансформации в высокоугловую границу зерна в результате термодеформационного воздействия на уплотняемый материал, степень которого различается в зависимости от стадии, на которой произошло ее образование. В основе этой трансформации лежит характер ее

взаимодействия с включениями второй фазы, к которым относятся субмик-ропоры, и с сегрегационной атмосферой.

2. Показано, что образование оксидных включений в зоне сращивания связано с окислением поверхности закрытых пор кислородом захлопнутого в них воздуха. Определены области технологических режимов СХП и нагрева холоднопрессованных заготовок, обеспечивающие недопущение образования или сохранения закрытых пор на стадии высокотемпературного нагрева и, следовательно, минимизацию количества оксидных включений на МЧПС.

3. Выявлена роль субмикропор в формировании межчастичного сращивания. Разработана методика их электронно-микроскопического наблюдения. Выявлены механизмы их образования и залечивания. Определены границы действия этих механизмов. Показана роль объемной и зернограничной диффузии в залечивании субмикропор. Преждевременный отрыв мигрирующей МЧПС от субмикропор приводит к смене механизма их залечивания и к замедлению этого процесса. На основе анализа активации диссоциации молекул азота и кислорода и взаимодействия атомов этих газов с металлической поверхностью определены энергетические характеристики механизмов залечивания субмикропор. Теоретически рассчитан и экспериментально определен критический размер субмикропор, при достижении которого происходит их захлопывание под действием сил поверхностного натяжения.

4. Выявлено принципиальное различие между межкристаллитным и внутрикристаллитным сращиванием, заключающееся в различном характере взаимодействия МЧПС с расположенными на ней включениями и сегрегационной атмосферой. При межкристаллитном сращивании МЧПС заблокирована неметаллическими включениями, субмикропорами и сегрегирующими атомами или при своей миграции увлекает их. Для внутрикристаллитного сращивания характерна интенсивная миграция МЧПС, приводящая к ее отрыву от зернограничных дефектов и трансформации в высокоугловую меж-зеренную границу. Структурное различие в строении МЧПС объясняется различием в соотношении сил связи с ней зернограничных дефектов и движущей силы миграции.

5. Методом Оже-спектроскопии определено влияние сегрегационных скоплений легирующих элементов и примесей на формирование внутрикристаллитного сращивания. Выявлено распределение атомов легирующих и примесных элементов на характерных участках излома. Факт вытеснения атомов легких элементов атомами металлов, образующих в железе твердью растворы замещения, свидетельствует о высокой диффузионной подвижности последних в процессе горячей пластической деформации. Положительное влияние легирования на формирование внутрикристаллитного сращивания заключается в возможности управления условиями миграции МЧПС и в создании условий для полного залечивания субмикропор. Особенность никеля как легирующего элемента ГДПМ на основе железа заключается в расположении ионов никеля в сжатых областях кристаллической решетки.

6. Характер излома в отдельно взятом микрообъеме материала зависит от его технологической предыстории. Зоны вязкого излома и участки транс-кристаллитного скола образуются в местах наиболее полного протекания процессов сращивания. Оптимальными с этой точки зрения являются участки пластически деформированных при СХП межчастичных контактов с повышенной свободной энергией. При последующем спекании и доуплотнении в этих зонах создаются благоприятные условия для образования металлических связей. Поэтому следует различать межчастичные поверхности, сформировавшиеся при СХП заготовок, спекании, горячей допрессовке и последующей высокотемпературной обработке. При рассмотрении этих зон на конечной стадии обработки качество в указанном порядке перечисления должно ухудшаться в связи с уменьшением интегрального термомеханического воздействия на материал, складывающегося из воздействий на каждом этапе технологического процесса.

7. Предложена математическая модель уплотнения пористого тела, позволяющая определять относительную площадь контактного сечения. Определена зависимость обновления площади контактного сечения от пористости.

8. Определена зависимость критической степени пластической деформации, выражающей минимальную величину совместной пластической деформации приконтактных объемов порошкового материала, необходимую для формирования на этом участке контактной поверхности внутрикристал-литного сращивания, от температуры горячей допрессовки.

9. Разработаны принципы выбора технологических параметров получения ГДПМ, обеспечивающие заданный уровень свойств. Спроектирована автоматическая установка для изготовления горячештампованных порошковых изделий, экономический эффект от внедрения которой в условиях Бакинского завода бытовых кондиционеров составил 120 тыс. руб. в год (в ценах до 1991 г.) Изготовленные по разработанным технологиям опытные партии мундштука сварочной горелки «FRONIUS» и втулки опоры шнеков кор-мопередачи успешно прошли эксплуатационные испытания в условиях ОАО «ЭМК-Атоммаш» и СП ОАО «Порт-Кавказ». Указанные детали рекомендованы к внедрению на данных предприятиях.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1. Гасанов Б.Г., Егоров С.Н., Дмитровский В.Н. Пластическая деформация при прессовании порошков: Тр./Новочерк. политехи. ин-т.-Новочеркасск, 1974. -Т.319. - С.63-68.

2. Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н. Влияние окисления контактной поверхности на сращивание при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия. - 1977. -№.3. - С.78-81.

3. Егоров С.Н., Попов С.Н., Ермак А.И. Взаимосвязь особенностей микроструктуры с механическими свойствами материала, полученного методом

динамического горячего прессования //Горячее прессование. - Киев, 1977. - С.55-58.

4. Егоров С.Н. Формирование внутрикристаллического сращивания железа при высокотемпературной деформации: Тр./Новочерк. ин-т постоянных магнитов. -Новочеркасск, 1978. -Т.8. - С.30-34.

5. Егоров С.Н., Пересыпкин А.Н. Подвижность границ зерен при динамическом горячем прессовании пористых заготовок из железного порошка. Тр./Новочерк. ин-т постоянных магнитов.-Новочеркасск, 1978. -Т.8. -С.35-37.

6. Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н. Некоторые особенности окисления пористых заготовок в процессе нагрева перед динамическим горячим прессовании // Порошковая металлургия - 1978. -№6- С.26-28.

7. Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н. Структурообразование беспористого материала из железного порошка при динамическом горячем прессовании // Горячее прессование в порошковой металлургии.- Новочеркасск, 1978. -С.34-38.

8. Егоров С.Н., Пруцаков В.Т. Влияние структуры зоны сращивания на характер разрушения порошкового материала // Горячее прессование в порошковой металлургии.-Новочеркасск, 1978.-С.44-46.

9. Некоторые особенности сращивания на контактных поверхностях металлических частиц при динамическом горячем прессовании в вакууме / Ю.Г. Дорофеев, С.А. Горшков, С.Н. Егоров и др. // Применение новых материалов в сельхозмашиностроении.- Ростов н/Д, 1979.-С.8-14.

Ю.Дорофеев Ю.Г., Горшков С.А., Егоров С.Н. Некоторые особенности прессования металлических порошков в вакууме // Порошковая металлургия.-1979.-№8.- С. 17-22.

П.Дорофеев Ю.Г., Горшков С.А., Егоров С.Н. Особенности формирования порошкового материала методом динамического горячего прессования в вакууме // Порошковая металлургия,- 1980.-№5.- С.50-55.

^.Формирование межзеренной поверхности сращивания при динамическом горячем прессовании / С.Н. Егоров, С.А. Горшков, В.Т. Пруцаков и др. // г Прогрессивная технология литейного производства в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении.-Ростов н/Д, 1982.-С.75.

13.Дорофеев Ю.Г., Горшков С.А., Егоров С.Н. Особенности механических свойств порошковых материалов, полученных динамическим горячим прессованием в вакууме // Технология получения и исследования порошков и материалов с особыми свойствами: Межвуз. Сб.- Куйбышев: КАИ, 1983,- С. 93-98'.

14.Горшков С.А., Егоров С.Н., Барановская A.C. Влияние газовой среды на плотность образцов после ДТП // Исследование в области горячего прессования в порошковой металлургии,- Новочеркасск, 1984,- С.100-105.

15.Дорофеев Ю.Г., Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Сращивание на контактных поверхностях при различных технологических вариантах горячей обра-

ботки давлением порошковых материалов // Порошковая металлургия,-1986.-№10.-С.31-34.

16. A.c. 1320021 СССР, МКИ B22F. Установка для горячей штамповки спеченных деталей / Ю.Г. Дорофеев, В.А. Гейдаров, Э.Р. Рзаев, А.Т. Маме-дов, С.Н. Егоров, В.Н. Шульга, В.В. Синелыциков (СССР).- Заяв. 21.10.85; Опубл. 30.06.87, Бюл. №24.

17.Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н., Гейдаров В.А. Горячая штамповка порошковой лопасти ротационного компрессора // Порошковая металлургия.-1988.-№4.-С.97-100

18. A.c. 1470458 СССР, МКИ B22F 3/16, В30В 15/02. Штамп для горячей штамповки спеченных изделий. / Ю.Г. Дорофеев, С.Н. Егоров, В.В. Синелыциков, В.Н. Шульга (СССР).- Заяв. 13.04.87; Опубл. 07.04.89, Бюл. №13.

19.Дорофеев Ю.Г., Дыбов Ю.В., Егоров С.Н. Исследование процесса сращивания конструкционных углеродистых сталей // Порошковая металлургия,- 1990.-№4,- С.69-72.

20.Фрактографическая оценка качества сращивания углеродистых сталей / Ю.Г. Дорофеев, Ю.В.Дыбов, С.Н.Егоров и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. -1990.-№9.-С.38-41.

21.Металловедение и термическая обработка металлов. -1990.- №9.-С.38-41. / Ю.Г. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, С.Н. Егоров и др. // Порошковая металлургия,- 1991.-№4.- С.29-34.

22.Выбор схемы горячей допрессовки деталей плоской формы с криволинейными боковыми поверхностями / С.Н. Егоров, Ю.В. Дыбов, В.Т. Пруцаков и др. // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф., 9-12 сент. 1997 г., г. Севастополь.-Донецк: ДонГТУ, 1997.- С.95

23. Егоров С.Н. Активация контактных поверхностей при формировании порошковых материалов на основе железа // Новые материалы, приборы и технологии: Сб. науч. тр./ Волгодон. ин-т; Новочерк. гос. техн. ун-т.- Новочеркасск: Набла, 1998.- С.103-106.

24.Егоров С.Н., Симилейский Б.М., Егоров М.С. Строение хемосорбирован-ного слоя кислорода на поверхности металлов кубической сингонии // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 1999.-№4.-С.77-80.

25.Егоров С.Н. Кристаллографические аспекты адсорбции легких элементов при формировании порошковых материалов // Порошковые и композиционные материалы и изделия: Сб. науч. тр./Южно- Рос. гос. техн. ун-т,- Но-вочеркасск:ЮРГТУ,2000.- С.61-66.

26.Егоров С.Н. Теоретические аспекты твердофазного соединения металлов // Современные проблемы тепловой энергетики и машиностроения: Сб. науч. тр./ Волгод. ин-т Новочерк. гос. техн. ун-та,- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000,- С.84-90.

27.Егоров С.Н., Кичик Т.Н., Гийденко В.А. Контактная и свободная поверхности пористого тела как функции пористости // Порошковые и композиционные материалы. Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр./Южно-Рос. гос. техн. ун-т-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001 .-С.22-26.

28.Механизмы формирования контактной поверхности при горячем уплотнении пористой порошковой заготовки / С.Н. Егоров, А.П. Шубин, В.А. Гийденко и др. // Порошковые и композиционные материалы. Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр./Южно-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001.-С.125-129.

29. Патент 2168392 РФ, МКИ В22Р 7/02, 3/02. Бюл.№27. Способ изготовления беспористых порошковых изделий / С.Н. Егоров, В.В.Синелыциков, Ю.В. Дыбов, М.С. Егоров, Е.В. Синельщиков (РФ).- Заявл. 28.12.98; Опубл. 10.06.2001, Бюл. №16.

30.Математическая модель формирования контактного сечения порошкового материала / С.Н. Егоров, А.П. Шубин. С.А. Томилин и др. // Теория и практика изготовления порошковых и композиционных материалов и изделий: Сб. науч. тр./Южно-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002.-С.60-64.

31.Егоров С.Н., Гийденко В.А. Применение программы "ишдгарЫсз" для конструирования пористой порошковой заготовки горяченштампованной детали сложной формы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-

2002.-№1 .-С.44-46.

32.Егоров С.Н. Распределение легирующих элементов на поверхности разрушения порошковой горячедеформированной стали // Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения-2002: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 16-20 сент. 2002 г.- Новочеркасск, 2002.- С.87-89.

33.Егоров С.Н., Егоров М.С. Определение движущей силы миграции межчастичной поверхности сращивания // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и механотронике-2002: Материалы междунар. науч.-практ. конф., 8 нояб. 2002 г.- Новочеркасск, 2002.- ? Ч.З.- С.43-46.

34.Егоров С.Н. Сегрегации на поверхности разрушения порошковой горя-чештампованной хромомолибденовой стали // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 2003.-Прил. №1.-С. 137-142.

35.Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформируемых материалов.-М.:Металлургиздат,

2003.-151 с.

36.Егоров С.Н., Шубин А.П., Кичик Т.Н. Математическое и экспериментальное моделирование формирования контактной поверхности при уплотнении металлических порошков // Моделирование. Теория, методы и сред-

ства: Материалы III междунар. науч.-практ. конф., 11 апр. 2003 г.- Новочеркасск, 2003.-4.1 .- С.37-40.

37. Егоров С.Н., Егоров М.С. Определение критического размера субмикро-пор // Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков: Сб. ст. VIII междунар. науч.-техн. конф., 28-30 мая 2003г.-Пенза, 2003.-4.IL- С.122-124.

38.Егоров С.Н., Радионов A.B., Егоров М.С. Программный комплекс для количественного микроструктурного анализа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 2003.-Прил. №3 .-С. 142-144.

39. Егоров С.Н. Особенности формирования структуры зоны сращивания порошкового материала при статическом холодном прессовании в вакууме // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 2003.-Прил. №3.-С.145-148.

t

РОС. НАЦИОНАЛЬНА)» БИБЛИОТЕКА С.Петербург j ОЭ 200 »кт ¡ 33

1 I

I

Егоров Сергей Николаевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕЖЧАСТИЧНОГО СРАЩИВАНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Автореферат

Подписано в печать 26.09.2003. Формат 60x84.1/6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 2. Уч.-изд. л. 2,03. Тираж 100 экз. Заказ 1505.

Типография Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132

Ig^oO 11850 0

H

Введение

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СРАЩИВАНИЯ

1.1. Квантово-механические представления о природе 9 металлической связи

1.1.1. Электронное строение атомов металлов

1.1.2. Влияние электронного строения иона на тип 13 элементарной кристаллической решетки металлов

1.1.3. Оценка энергии межатомной связи

1.2. Теории твердофазного соединения металлов

1.2.1. Пленочная и рекристаллизационная гипотезы

1.2.2. Энергетическая и диффузионная гипотезы

1.2.3. Гипотеза активации сращивания

1.2.4. Механизмы сращивания

1.3. Цель и задачи исследования

2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И 30 ИССЛЕДОВАНИЯ

ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА

2.1. Технологические схемы получения 30 горячедеформированного порошкового материала

2.2. Локальная Оже-электронная спектроскопия

2.3. Характеристика исходных материалов

2.4. Программный комплекс для количественного 42 металлографического анализа

3. ВЛИЯНИЕ ОКСИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА 48 ПРОЦЕСС МЕЖЧАСТИЧНОГО СРАЩИВАНИЯ

3.1. Характер пористости холоднопрессованных 49 заготовок

3.2. Изменение характера пористости при нагреве

3.3. Зависимость величины окисленной поверхности от 56 закрытой пористости

3.4. Термодинамическая оценка устойчивости 63 соединения металлов с кислородом

3.5. Влияние оксидов на МЧПС на механические 70 свойства порошкового материала

Выводы

4. ОБРАЗОВАНИЕ И ЗАЛЕЧИВАНИЕ 76 СУБМИКРОПОР ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА

4.1. Образование субмикропор при статическом 77 холодном прессовании

4.2. Залечивание субмикропор при спекании

4.3. Структурное состояние материала после 96 статического холодного прессования

4.4. Структурное состояние холоднопрессованного 101 материала при нагреве

4.5. Анализ механизмов залечивания субмикропор при 105 спекании

4.6. Взаимодействие металлической поверхности с 119 легкими элементами

4.7. Расчет энергии взаимодействия металлов с газами

4.8. Расчет диффузионного залечивания субмикропор 135 Выводы

5. СЕГРЕГАЦИИ ПРИМЕСНЫХ И ЛЕГИРУЮЩИХ 141 ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СРАЩИВАНИЕ

5.1. Современное состояние теории сегрегаций по 142 границам зерен

5.2. Сегрегация примесей легких элементов

5.3. Сегрегация легирующих элементов

5.4. Влияние технологической предыстории порошкового 178 материала на сегрегацию и сращивание

5.5. Определение движущей силы миграции МЧГТС

5.6. Анализ сил торможения миграции МЧПС 192 поверхности сращивания

Выводы

6. ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ КОНТАКТНОЙ 203 ПОВЕРХНОСТИ

6.1. Определение площади контактного сечения

6.2. Определение критической степени деформации 216 Выводы

7. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ 237 ИССЛЕДОВАНИЯ

7.1. Алгоритм выбора технологических режимов 237 получения ГДПМ

7.2. Назначение технологических режимов изготовления 243 порошковых горячедеформированных деталей

7.2.1. Лопасть ротационного компрессора бытового 243 кондиционера

7.2.2. Мундштук сварочной горелки

7.2.3. Втулка опоры шнеков кормопередачи 250 Общие выводы 252 Литература 256 Приложение

Научно-технический прогресс основывается на разработке новых технологических процессов, к которым относится порошковая металлургия (ПМ), характеризующаяся возможностью создавать материалы с уникальным сочетанием свойств, разрабатывать экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии, снижать материальные и энергетические затраты на производство единицы продукции, уменьшать или полностью исключать механическую обработку. Традиционные методы ПМ, основанные на сочетании операций прессования и спекания, остаются в настоящее время достаточно перспективными для производства порошковых деталей, эксплуатация которых основана на сохранении в структуре материала значительной остаточной пористости. Однако повышение скоростно-силовых характеристик эксплуатации деталей машин, наблюдаемое во многих отраслях промышленности, требует применения новых материалов с высоким уровнем механических свойств. Для их производства наиболее эффективны методы ПМ, основанные на горячей деформации порошковых и композиционных заготовок, обеспечивающей минимальное значение остаточной пористости. Наиболее перспективным методом получения высокоплотных порошковых материалов и изделий является горячая обработка давлением пористых заготовок (ГОДПЗ).

Многочисленные исследования, проводимые в последние десятилетия, посвящены выявлению зависимостей между составом исходной шихты, параметрами технологии, структурой и свойствами получаемого материала. Осмысление полученных результатов заложило фундамент научных основ ГОДПЗ, учитывающих отличие явлений, сопровождающих формирование горячедеформированного порошкового материала (ГДПМ), от наблюдаемых при аналогичной обработке монолитных материалов и большинства технологических процессов ПМ.

Одним из основополагающих процессов формирования ГДПМ является сращивание материала частиц на уже имеющихся и вновь образующихся контактных поверхностях. Понятие сращивания включает в себя всю совокупность процессов, в результате которых структура материала в области бывшей поверхности физического раздела соединяемых составляющих порошкового материала приближается к зернограничной структуре монолитного материала. Степень завершенности и, следовательно, качество сращивания зависят от внешних и внутренних условий протекания этих процессов. Сращивание играет ключевую роль в процессах уплотнения, формования и структурообразования, являющихся основой формирования порошкового материала, что схематично отражено на рис.1.

Применительно к порошковым материалам, получаемым классической технологией - прессованием и спеканием, сращивание не является лимитирующим процессом, так как длительная высокотемпературная выдержка заготовки, необходимая для гомогенизации и усадки пористого материала в результате диффузионных процессов, обеспечивала полноту развития межчастичных связей. Роль сращивания особенно велика при производстве материалов, работающих в нагруженных условиях, требующих создания соответствующих структур, формируемых при ограниченной продолжительности термодеформационного воздействия. Очевидно, что какая бы ни была структура в объеме материала, окруженном бывшей поверхностью частицы порошка, до определенного уровня сращивания свойства порошкового материала будут определяться не морфологическими структурными особенностями, а качеством сращивания. Строго говоря, под сращиванием следует понимать образование связей межатомного взаимодействия на контактных поверхностях. Однако специфика формирования высокоплотного порошкового материала, предполагающая максимальную степень уплотнения, требует рассмотрения а\

Рис. 1. Роль сращивания в формировании порошкового материала элементарных актов сращивания в условиях непрерывно меняющейся площади контактной поверхности при различных уровнях термодеформационного воздействия на материал, находящийся в приконтактных областях. Поэтому возникает дополнительная взаимосвязь между уплотнением и сращиванием заключающаяся, с одной стороны, в развитии контактной поверхности при уплотнении и, с другой стороны, в недопустимости разрыва уже сформированной контактной поверхности в ходе пластического течения пористого материала и в залечивании образовавшейся трещины при последующем уплотнении.

Контактная поверхность может возникать уже на стадии шихтоприготовления. Обработка частиц порошков в высокоэнергетических мельницах и смесителях приводит к их механическому легированию, при котором частица одного материала плакируется другим с образованием связи, обеспечивающей прочность соединения на последующих технологических операциях. Свое дальнейшее развитие она получает при статическом холодном прессовании (СХП), спекании и горячем доуплотнении пористой заготовки. Большинство отечественных и зарубежных промышленно изготавливаемых металлических порошков являются поликристаллическими. Поэтому следует терминологически отличать межчастичную контактную поверхность, образованную и трансформируемую в процессе обработки частиц порошка, от внутричастичных границ зерен. Для этого вводится понятие межчастичной поверхности сращивания (МЧПС), определяющее зону сращивания как область деформационного формирования межзеренной поверхности с расположенными на ней зернограничными дефектами [1,2].

Настоящая работа посвящена исследованию межчастичного сращивания, как процесса возникновения и развития связей между дискретными элементами, являющимися составляющими порошкового материала.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе комплексного исследования структурного состояния ГДГТМ определена сущность межчастичного сращивания. Для осуществления межатомного взаимодействия между сблизившимися на расстояние, соизмеримое с параметром кристаллической ячейки, поверхностными ионами, которое представляет собой сращивание на субмикроуровне, необходимо обеспечить не только саму возможность такого взаимодействия вследствие нескомпенсированности металлической связи, но и придать этому процессу объемный характер, распространяя его на всю образующуюся в ходе уплотнения контактную поверхность. Сформировавшаяся на бывших поверхностях физического раздела частиц МЧПС, являясь неотъемлемой структурной составляющей ГДПМ, подвержена трансформации в высокоугловую границу зерна в результате термодеформационного воздействия на уплотняемый материал, степень которого различается в зависимости от стадии, на которой произошло ее образование. В основе этой трансформации лежит характер ее взаимодействия с включениями второй фазы, к которым относятся субмикропоры, и с сегрегационной атмосферой.

2. Показано, что образование оксидных включений в зоне сращивания связано с окислением поверхности закрытых пор кислородом захлопнутого в них воздуха. Определены области технологических режимов СХП и нагрева холоднопрессованных заготовок, обеспечивающие недопущение образования или сохранения закрытых пор на стадии высокотемпературного нагрева и, следовательно, минимизацию количества оксидных включений на МЧПС.

3. Выявлена роль субмикропор в формировании межчастичного сращивания. Разработана методика их электронно-микроскопического наблюдения. Выявлены механизмы их образования и залечивания.

Определены границы действия этих механизмов. Показана роль объемной и зернограничной диффузии в залечивании субмикропор. Преждевременный отрыв мигрирующей МЧПС от субмикропор приводит к смене механизма их залечивания и к замедлению этого процесса. На основе анализа активации диссоциации молекул азота и кислорода и взаимодействия атомов этих газов с металлической поверхностью определены энергетические характеристики механизмов залечивания субмикропор. Теоретически рассчитан и экспериментально определен критический размер субмикропор, при достижении которого происходит их захлопывание под действием сил поверхностного натяжения.

4. Выявлено принципиальное различие между межкристаллитным и внутрикристаллитным сращиванием, заключающееся в различном характере взаимодействия МЧПС с расположенными на ней включениями и сегрегационной атмосферой. При межкристаллитном сращивании МЧПС заблокирована неметаллическими включениями, субмикропорами и сегрегирующими атомами или при своей миграции увлекает их. Для внутрикристаллитного сращивания характерна интенсивная миграция МЧПС, приводящая к ее отрыву от зернограничных дефектов и трансформации в высокоугловую межзеренную границу. Структурное различие в строении МЧПС объясняется различием в соотношении сил связи с ней зернограничных дефектов и движущей силы миграции.

5. Методом Оже-спектроскопии определено влияние сегрегационных скоплений легирующих элементов и примесей на формирование внутрикристаллитного сращивания. Выявлено распределение атомов легирующих и примесных элементов на характерных участках излома. Факт вытеснения атомов легких элементов атомами металлов, образующих в железе твердые растворы замещения, свидетельствует о высокой диффузионной подвижности последних в процессе горячей пластической деформации. Положительное влияние легирования на формирование внутрикристаллитного сращивания заключается в возможности управления условиями миграции МЧПС и в создании условий для полного залечивания субмикропор. Особенность никеля как легирующего элемента ГДПМ на основе железа заключается в расположении ионов никеля в сжатых областях кристаллической решетки.

6. Характер излома в отдельно взятом микрообъеме материала зависит от его технологической предыстории. Зоны вязкого излома и участки транскристаллитного скола образуются в местах наиболее полного протекания процессов сращивания. Оптимальными с этой точки зрения являются участки пластически деформированных при СХП межчастичных контактов с повышенной свободной энергией. При последующем спекании и доуплотнении в этих зонах создаются благоприятные условия для образования металлических связей. Поэтому следует различать межчастичные поверхности, сформировавшиеся при СХП заготовок, спекании, горячей допрессовке и последующей высокотемпературной обработке. При рассмотрении этих зон на конечной стадии обработки качество в указанном порядке перечисления должно ухудшаться в связи с уменьшением интегрального термомеханического воздействия на материал, складывающегося из воздействий на каждом этапе технологического процесса.

7. Предложена математическая модель уплотнения пористого тела, позволяющая определять относительную площадь контактного сечения. Определена зависимость обновления площади контактного сечения от пористости.

8. Определена зависимость критической степени пластической деформации, выражающей минимальную величину совместной пластической деформации приконтактных объемов порошкового материала, необходимую для формирования на этом участке контактной поверхности внутрикристаллитного сращивания, от температуры горячей допрессовки.

9. Разработаны принципы выбора технологических параметров получения ГДПМ, обеспечивающие заданный уровень свойств. Спроектирована автоматическая установка для изготовления горячештампованных порошковых изделий, экономический эффект от внедрения которой в условиях Бакинского завода бытовых кондиционеров составил 120 тыс. руб. в год (в ценах до 1991 г.) Изготовленные по разработанным технологиям опытные партии мундштука сварочной горелки «FRONIUS» и втулки опоры шнеков кормопередачи успешно прошли эксплуатационные испытания в условиях ОАО «ЭМК-Атоммаш» и СП ОАО « Порт-Кавказ». Указанные детали рекомендованы к внедрению на данных предприятиях.

1. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания металлов при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия-1971.-№2.- С.44-51.

2. Сращивание на контактных поверхностях при различных технологических вариантах горячей обработки давлением порошковых материалов / Ю.Г. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, С.Н Егоров и др. // Порошковая металлургия.- 1986.-№10.- С.31-34.

3. Меськин B.C. Основы легирования стали. М.: Гос.науч.-техн.изд-во лит. по черной и цветной металлургии, 1959. - 678 с.

4. Григорович В.Г. Периодический закон Менделеева и электронное строение металлов. М.: Наука, 1966. - 287 с.

5. Григорович В.Г. Электронная теория и термодинамика сплавов железа. -М.: Наука, 1974. -292 с.

6. Айбиндер С.Б. Холодная сварка металлов. Рига: Изд. АН ЛатвССР, 1957.- 162 с.

7. Баранов И.Б. Холодная сварка пластичных металлов. — Л.: Машиностроение, 1969. 208 с.

8. Хренов К.К., Костецкий Б.И., Сахацкий Г.П. Холодная сварка сдвигом.-Киев: Изд. АН УССР, 1954. 42 с.

9. Основы теории сварки давлением / С.Б. Айбиндер, Р.К. Глуде, А.Я. Логинова и др. // Автоматическая сварка. 1964. № 5. С. 21-27.

10. Ю.Хренов К.К. Холодная сварка металлов // Автоматическая сварка. -1963 -№8.-С. 4-11.

11. Стройман И.М. Холодная сварка металлов.- Л.: Машиностроение, 1985.-224 с.

12. Parks J.M. Recristallisation welding // Welding Journal.- 1953.- V.32.-№5.-P. 209-221.

13. Анциферов B.H., Перельман B.E. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов.- М.: 2001. 628 с.

14. Hofmann W., Rude J. Versuche iiber die Kaltpressschweissung von Metallen // Zeitschrift fur Metallkunde. 1952. - № 5. - S. 133-137.

15. Семенов А.П. Схватывание металлов. M.: Машгиз, 1958. — 280 с.

16. Носовский И.Г. О механизме схватывания металлов при трении // Трение и износ. 1993.-Т. 14 - № 1.- С. 19-24.

17. Слиозберг С.К., Стройман И.М., Либо С.О. Влияние предварительного подогревадеталей на процесс прессовой сварки алюминия // Автоматическая сварка. 1960.— № 5.-С. 26-31.

18. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В. Металловедение сварки. — М.: Машгиз, 1954.- 270 с.

19. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976.- 312 с.

20. Лариков Л.Н., Рябов В.Р., Фальченко В.М. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке. М.: Машиностроение, 1975 190 с.

21. Савицкая Л.К., Савинцев П.А. К вопросу о природе контактного плавления // Изв. вузов. Физика. 1961. - № 6. - С. 126- 131.

22. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В. Контактно-реактивная пайка И Сварочное производство. 1969. - №11.— С. 34-37.

23. Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1972. - 312 с.

24. Мусин Р.А., Конюшков Г.В. Соединение металлов с керамическими материалами. М.: Машиностроение, 1991.- 224 с.

25. Костецкий Б.И., Ивженко И.П. Дислокационная модель процесса холодной сварки//Автоматическая сварка. 1964.- №5.- С. 18-20.

26. Астров Е.И. Плакированные многослойные металлы. М.: Металлургия, 1965. - 240 с.

27. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986.- 277 с.

28. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания малоуглеродистой стали при динамическом горячем прессовании // Исследование в области порошковой и стружковой металлургии: Новочеркасск, 1968-С. 120-131.

29. Дорофеев Ю.Г., Попов С.Н. Исследование сращивания меди при динамическом горячем прессовании // Исследование в области порошковой и стружковой металлургии: Новочеркасск, 1968.- С. 131 — 141.

30. Штерцер А.А. Волновая модель схватывания твердых тел // Слоистые композиционные материалы-98: Сб. тр. конф.- Волгоград: Волгоград, гос. тех. ун-т, 19983.- С. 52-53.

31. Егоров С.Н. Исследование процесса формирования материала при динамическом горячем прессовании пористых порошковых заготовок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1978. 17 с.

32. Каракозов Э.С., Мякишев Ю.В., Шоршоров М.Х. Аналитические оценки схватывания металлов // Порошковая металлургия. 1975. — № 6. - С.87-92.

33. Дорофеев Ю.Г., Скориков В.А. О сращивании на контактных поверхностях металлических частиц при динамическом горячем прессовании // Порошковая металлургия. 1975. - № 6. - С. 43-47.

34. Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н, Горшков С.А. Особенности формирования порошкового материала методом динамического горячего прессования в вакууме//Порошковая металлургия. 1980.- №5.- С. 50-55.

35. Сращивание на контактных поверхностях при различных технологических вариантах горячей обработки давлением порошковыхматериалов / Ю.Г. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, С.Н. Егоров и др. // Порошковая металлургия. 1986.- №10.- С. 31-34.

36. Кочергии К.А. Контактная сварка. JI.: Машиностроение, 1987. -240 с.

37. Красулин JI.H. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. М.: Наука, 1971.- 120 с.

38. Процессы сращивания в порошковых горячештампованных материалах на основе железа. Сообщения 1-3 / Б.Ю. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, Ю.Н.Иващенко и др. // Порошковая металлургия. 1988. - № 6. — С. 27-32;№7.-С. 53-56; №8-С. 36-40.

39. Распределение примесей на поверхности разрушения и механические свойства порошкового железа / Ю.Н. Иващенко, А.В. Крайников, А.А.Малышенко и др.//Порошковая металлургия. 1988.- №9.- С. 83-88.

40. Дорофеев Ю.Г., Дыбов Ю.В., Егоров С.Н. Исследование процесса сращивания конструкционных углеродистых сталей // Порошковая металлургия.- 1990.- №4.- С. 69-72.

41. Формирование свойств и межчастичного сращивания горячедеформированных порошковых материалов. Сообщения 1,2 / Б.Ю. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, Ю.Н. Иващенко и др. // Порошковая металлургия.- 1990.- №10.- С. 32-38; № 12.-С. 18-21.

42. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых материалов. М.: Наука, 1968. - 120 с.

43. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. М.: Металлургия, 1972. - 176 с.

44. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок. М.: Металлургия, 1977. - 216 с.

45. Дорофеев Ю.Г., Горшков С.А., Егоров С.Н. Некоторые особенности прессования металлических порошков в вакууме // Порошковая металлургия.- 1979.- №8.— С. 17-21.

46. Егоров С.Н., Медведев Ю.Ю. Получение высокоплотного порошкового материала методом электропластического уплотнения // Современные технологии и материаловедение: Сб. науч. тр./ Магнитогорск: МГТУ, 2003.-С. 99-102.

47. Handbook of Auger Electron Spectroscopy // Physical Electronics. -1995. -408 p.

48. Салтыков B.A. Стереометрическая металлография. -M.: Металлургия, 1970. -375 с.

49. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В. Внутреннее окисление и азотирование сплавов. -М.: Металлургия, 1979. -200 с.

50. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроеие, 1976.-310 с.

51. Андриевский Р.А. Пористые металлокерамические материалы.- М.: Металлургия, 1964.-187 с.

52. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении.- М.: Машиностроение, 1981. 247 с.

53. Беркман А.С., Мельникова И.Г. Пористая проницаемая керамика. Л.: Стройиздат, 1969. - 141 с.

54. Егоров С.Н. Кичик Т.Н., Гийденко В.А. Контактная и свободная поверхности как функции пористости //Порошковые и композиционные материалы. Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр. / Юж-Рос. гос. тех. ун-т.- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001 .-С. 22-26.

55. Морфология и химическая неоднородность поверхностных слоев железных порошков / Ю.Н. Иващенко, А.А. Малышенко, С.А. Фирстов.-Киев: Ин-т пробл. материаловедения, 1990.-42 с.

56. Кубашевский О., Эванс Э. Термохимия в металлургии. -М.: Изд-во иностр. лит., 1954.-422 с.

57. Смитлз К.Дж. Металлы. М.: Металлургия, 1980. - 447 с.

58. Miller I.E., Smith G.S. Hot compression of armco iron and silicon steel // J. Iron and Steel Inst.-1970.-v.208.-№l 1.-P.137.

59. Гегузин Я.Е. Физика спекания. -M.: Наука, 1967. -360 с.64.111лессар М., Бестерци М., Дудрова Э. Рост межчастичных связей приспекании порошковой меди И Порошковая металлургия.-1982. № 7. -С. 100-105.

60. Ивенсен В.А. Кинетика уплотнения металлических порошков при спекании. -М.: Металлургия, 1967. -272 с.

61. Гегузин Я.Е. Макроскопические дефекты в металлах. -М.: Гос. науч.-техи. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1962. -252 с.

62. Мартынова И.Ф., Скороход В.В. О соотношении структурной и пластической компонент деформации порошкового тела // Порошковая металлургия. -1972 № 10.- С. 11-14.

63. Андреева Н.В., Радомысельский И.Д., Щербань Н.И. Исследование уплотняемости порошков // Порошковая металлургия. -1975.- № 6 — С.32-42.

64. Особенности уплотнения металлического порошка при прессовании / И.М. Федорченко, А.Е. Кущевский, Т.Ф. Мозоль и др.// Порошковая металлургия.-1972.-№ 10.-С.11-14.1987-№ 3.-С.13-17.

65. Бернштейн M.JI., Займовский В.А. Структура и механические свойства. М.: Металлургия, 1970.- 472 с.

66. Манклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970.-443 с.

67. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972.408 с.

68. Бернштейн M.JI. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977.- 432 с.

69. Бальшин М.Ю. Порошковое металловедение. М.: Металлургиздат, 1948.-332 с.

70. Бальшин М.Ю. Порошковая металлургия.- М.: Машгиз, 1948.- 186 с.

71. Бальшин М.Ю., Дубровский А.П. ДАН СССР, I960.- т.136.- С.332-335.

72. Жданович Г.М. Теория прессования металлических порошков. М.: Металлургия, 1969.-264 с.

73. Дорофеев Ю.Г., Гасанов Б.Г. Определение степени деформации материала при динамическом горячем уплотнении пористых заготовок // Порошковая металлургия. -1976.- № 8,- С.35-39.

74. Скороход В.В. Реологические основы теории спекания.- Киев: Наукова думка, 1972.-149 с.

75. Райченко А.И. Диффузионные расчеты для порошковых смесей. Киев: Наукова думка, 1969.-103 с.

76. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1978.-568 с.

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

78. Сандала К., Марцинковский М. Единая теория большеугловых границ зерен. Деформация границ // Атомная структура межзеренных границ: Сб. статей / М.: Мир, 1978. С.87-113.

79. Чалмерс Б. Теория затвердевания. -М.: Металлургия, 1968. -288 с.

80. Кунин ЛЛ. Поверхностные явления в металлах.-М.: Гос. науч.-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1955.-304с.

81. Огородников В.В., Ракицкий А.Н., Роговой Ю.И. расчет энергии образования вакансий в металлах //Порошковая металлургия.-1988.-№1. С.59-64.

82. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1969.-560с.

83. Васильев Д.М. Физическая кристаллография. -М.: Металлургия, 1972.-280с.

84. Федеричи Т. Исследование точечных дефектов в закаленном алюминии и в алюминиевых сплавах методом электросопротивления// Дефекты в закаленных металлах.- М.: Атомиздат, 1969.-С. 134-187.

85. Огородников В.В., Роговой Ю.И. Точечные дефекты в кубических монокарбидах/ЯСарбиды и сплавы на их основе.- Киев: Наук, думка, 1976.-С.129-137.

86. Tiwari G.P., Patil R.Y. A correlation between vacancy formation energy and cohesive energy// Scr. Met.- 1975.-9, №8.-P. 833-836.

87. McLellan R.B. Elastic calculation of entropy and energy of formation of monovacancies in metals// Trans. Met. Soc. AIME.-1969.-245, № 2.- P. 379382.

88. Scott M. I. Electronic structure of vacancies and interstitial in metals// J. Nucl. Mat.- 1978.-69/70, №1/2.- P.157-175.

89. Doyama M., Koehler I.S. The relation between the formation energy of a vacancy and the rearrst neighbor interactions in pure metals and liquid metals// Acta Met.- 1976.- 24, №9.- P. 871. 879.

90. Иванько А.А. Твердость. -Киев: Наукова думка, 1968. -128 с.

91. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: Атомиздат, 1975. -472 с.

92. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. М.: Химия, 1978.-392 с.

93. Влияние газа на процесс спекания пористых тел. I. Влияние газа на процесс залечивания изолированной поры / С.С. Кипарисов, Л.З. Румшинский, Ю.В. Левинский и др.// Порошковая металлургия. -1974.- № 12.- С.30-34.

94. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Буданов С.М. Влияние газа на процесс спекания пористых тел (Сооб. 2) // Порошковая металлургия. -1976.- № 11.- С.22-34.

95. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В. Влияние газа на процесс спекания пористых тел (Сооб. 3) // Порошковая металлургия. -1976.- № 12.— С. 16-21;

96. Левинский Ю.В. Влияние газа на процесс спекания пористых тел. Сооб.4,6,9 // Порошковая металлургия 1977- № 2 - С.17-19. 1978-№ 2 - С.39-44; 1979 - № 7 - С.38-42.

97. Левинский Ю.В., Пакулин В.П. Влияние газа на процесс спекания пористых тел (Сооб. 8) // Порошковая металлургия. -1979.- № 6.-С.34-38.

98. Паршин Л.К., Фридберг И.Д. Влияние десорбирующегося при спекании газа на размеры пор // Порошковая металлургия.—1984.— № 5 С.24-28.

99. Паршин Л.К., Фридберг И.Д. Кинетика заплывания одиночной поры в абсорбции и десорбции // Порошковая металлургия. -1985.— № 1 — С.32-36.

100. Шаскольская М.П. Кристаллография.- М.: Высшая школа, 1984.-376 с.

101. Грег С., Синг К. Адсорбация, удельная поверхность, пористость.— М.: Мир, 1984.-306 с.

102. Смирнов А.А. Теория сплавов внедрения.- М.: Наука, 1979.— 365 с.

103. Приходько Э.В. Металлохимия комплексного легирования.- М.: Металлургия, 1983.- 184 с.

104. Миркин Л.М. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов.- М.: Гос. изд-во физ.-матем. литературы, 1961.- 864 с.

105. Азот в металлах / В.В. Аверкин, А.В. Ревякин, В.И. Федорченко и др.- М.: Металлургия, 1976.- 224 с.

106. Фаст Дж.Д. Взаимодействие металлов с газами.- М.: Металлургия, 1975.-352 с.

107. Морозов А.Н. Водород и азот в стали.- М.: Металлургия, 1968.— 283 с.

108. Oxidation kinetics of metal vapours in the arc in consumable electrode welding / B.L. Bozhenko, V.N. Shalimov, P.A. Puchkin et al. // Welding International. -1999.-V.13 № 11.- P.894-896.

109. Даркен Л.С., Гурри Р.В. Физическая химия металлов.- М.: Металлургиздат, I960.- 582 с.

110. Коулсон Ч. Валентность.- М.: Мир, 1965.- 427 с.

111. Андреев С.Н., Смирнова М.Ф. Строение электронных оболочек атомов. Теория химической связи.- Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1974.—70 с.

112. Ахметьев Н.С. Неорганическая химия.- М.:Высшая школа, 1975.-672с.

113. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения.- М.: Металлургия, 1976.- 560 с.

114. Криштал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах.— М.: Металлургия, 1972.- 400 с.

115. Satoh S. et. al. Effects of Alloying and Hot-Rolling Condition on the Mechanical Properties of Continuons-Annealed, Extra-Low-Carbon Steel

116. Sheet // Procc.of Symp. of Technology of Continuously Annealed Gold-Rolled Steel Sheet, TSM-A1ME. 1985P. 151 -166.

117. Senuma T. et. al. Influence of Chemical Compositions on the Texture Formation of Low Carbon Sheets Rolled in a-region // Tetsu to hagane. 1987. №73. P. 1421.

118. Tsunoyama K. et. al. Development of Extra Deep Drawing Gold-Rolled Steel Sheets for Intergradet Automotive Parts // Kawasaki Steel Girho. 22(3), 1990 P. 177-182.

119. Takeshi H. Development and Production of IF- Steel (Round Table Discussion of the Metallurgy of Modern IF Grades). Germany. Dusseldorf. 1990. Sponsored by NPC.

120. Кан P. Физическое металловедение.-Т.2.- М.:Мир, 1968.- 491 с.

121. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев JI.H. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия.— М.:Металлургия, 1982.- 632 с.

122. Кунин JI.C. Поверхностные явления в металлах.- М.: Гос. науч.-техн. изд. литер, по черной и цветной металлургии, 1955.— 304 с.

123. Gleiter Н., Chalmers В. High-angle grain boundaries.-Oxford, 1972.— 274 p.

124. Свелин P.A. Термодинамика твердого состояния.- М.гМеталлургия, 1968-316 с.

125. Suzuki Н. J. Dislocations and Mechanical Properties of Crystals. John Wiley.-N.Y.-1957.-321 p.

126. Flinn P.A. Strength Mech. in Solids //ASM, Cleveland.-l 960.-P. 17.

127. Moran Lopez J.L., Balseiro C.A. Segregation and shape stability in small bimetallic particles// Phys. Pev. В-1986.-V.33 №7 - P.4849-4853.

128. Иванов A.C. Распад оболочки на поверхности малой сферической частицы // Журнал экспериментальной и теоретической физики. -1986.-Т.91.- №2.- С.587-593.

129. Мак Лин Д. Границы зерен в металлах.- М.: Гос. науч.-техн. изд. литер, по черной и цветной металлургии, I960.- 323 с.

130. Бокштейн Б.С., Копецкий Ч.В., Швиндлерман J1.C. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах.- М.:Металлургия, 1986.-224 с.

131. Дворядкина Г.К., Иванов А.С., Борисов С.А. О перераспределении примесей в мелких частицах за счет восходящей диффузии // Физика металлов и металловедение. -1980.-50, №3.- С.633-634.

132. Иванов А.С., Борисов С.А. Поверхностная сегрегация и концентрационные напряжения в мелких сферических частицах // Поверхность.-1982-№10- С.140-145.

133. Иванов А.С., Борисов С.А. Влияние размера частиц на поверхностную сегрегацию // Порошковая металлургия. -1988.— №10.-С.14-16.

134. Сегрегация примесных элементов в пористом железе / И.Д. Радомысельский, Ю.В. Мильман, Ю.Н. Иващенко и др. // Порошковая металлургия. -1986.- №3.- С.96-100.

135. Распределение примесей на поверхности разрушения и механические свойства порошкового железа / Ю.Н. Иващенко, Крайников А.В., Малышенко А.А. и др. // Порошковая металлургия. -1988.- №9.- С.83-88.

136. Механические свойства спеченных материалов. Сообщение 3 / В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, Р.К. Иващенко и др. // Порошковая металлургия. -1991.- №5 С.38-49.

137. Формирование свойств и межчастичного сращивания горячедеформированных порошковых материалов. Сообщения 1, 2/ Б.Ю. Дорофеев, В.Ю. Дорофеев, Ю.Н. Иващенко и др.// Порошковая металлургия.- 1990 № 10 - С. 32 -38; №12.-С. 18-21.

138. Петрдлик М. Загрязнения и примеси в спеченных материалах.-М.:Металлургия, 1971.-176 с.

139. Дорофеев Ю.Г., Егоров С.Н. Некоторые особенности окисления пористых заготовок в процессе нагрева перед динамическим горячим прессованием // Порошковая металлургия. -1978.- №6.— С.26-28.

140. Процессы сращивания в порошковой металлургии / В.Ю. Дорофеев, И.А. Кособоков, В.И. Лозовой и др.//Новочерк. политехи, ин-т. Новочеркасск.-1990.-88 с.

141. Макарычев И.И., Кондратьев А.И. Сверхвысоковакуумные электрические печи сопротивления .- М.: Энергия, 1975.-96 с.

142. Иванова B.C. Разрушение металлов.- М.гМеталлургия, 1979.-168 с.

143. Миссол В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах.-М.: Металлургиздат, 1978.-176 с.

144. Бокштейн С.З., Кишкин С.Т., Мороз Л.М. Исследование состояния границ зерен при рекристаллизации железа и сплавов на его основе // Процессы диффузии, структура и свойства металлов: Сб. статей-М.: Машиностроение, 1964.- С. 74-94.

145. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей / М.А.Балтер, А.П. Любченко, С.И. Аксенова и др.-М.: Машиностроение, 1987. -160+(вкладка 1-112 стр.) с.

146. Третьяков В.И., Хасянов М.А. Влияние адсорбционной активности атомов легирующих элементов на свойства сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. -1994.- №5.- С.27-31.

147. Задумкин С.Н. Статический обобщенный момент В.К. Семенченко и поверхностная активность металлов // Неорганическая химия.-1960.-Т.5.-вып.8.-С. 1892-1893.

148. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке.-М.:Металлургия, 1976.-Т.2.- 600 с.

149. Физико-химические свойства элементов / Под ред. Г.В.Самсонова // Киев: Наукова думка, 1965.- 808 с.

150. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела.- М.:Мир, 1969.-560 с.

151. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей / M.JI. Бернштейн, С.В. Добаткин, JI.M. Капуткина и др. -М.: Металлургия, 1989. -544 с.

152. Хиллерт М., Сундман Б. Анализ примесного торможения движущихся границ зерен и межфазных границ в бинарных сплавах //Атомная структура межзеренных границ: Сб. статей.- М.: 1978.- С. 259-287.

153. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства. М.: Изд-во МГТУ, 1994. 320с.

154. Штремель М.А. Прочность сплавов. 4.1. Дефекты решетки. -М.: Металлургия, 1982.-280 с.

155. Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах. -М.:Мир, 1974. -496 с.

156. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых тел.-М.: Изд-во АН СССР, 1962.-110 с.

157. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей.-М.: Наука, 1970.-227 с.

158. Скороход В.Д., Солонин С.М. Физико-металлургические основы спекания порошков.-М.:Металлургия, 1984.-159 с.

159. Ивенсен В.А. Феноменология спекания.-М.: Металлургия, 1985.247 с.

160. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г. Контактные явления в пористых волокновых материалах. // Порошковая металлургия. -1983.- №5.-С.34-40.

161. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г., Федорова Свободная и контактная поверхность в пористых волокновых материалах. // Порошковая металлургия. -1983.- №5.- С.61-67.

162. Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии.-М.: Металлургия, 1978.-184 с.

163. Никольская Л.Н., Русанов Б.В., Фридберг И.Д. О функции пористости, учитывающей контакты частиц в прессовках. // Порошковая металлургия. -1988.- №6.- С.23-27.

164. Арефьев Б.А., Кулешов В.В., Пановко В.М. Особенности образования соединения при обработке давлением порошковых систем // Изв. высш. учебн. заведений. Черная металлургия. 1998. — №5. -С.147.

165. Механизмы формирования контактной поверхности при горячем уплотнении пористой порошковой заготовки/ С.Н. Егоров, А.П. Шубин, В.А. Гийденко и др. Порошковые и композиционные материалы.

166. Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр./Юж-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. С. 125-129.

167. Взаимосвязь электропроводности спеченных композиций и дисперсности исходных компонентов/ Ю.П. Заричняк, С.С. Орданьян, А.Н. Соколов и др.// Порошковая металлургия. -1988.- №6.- С.46-51.

168. Разрыв контактов при низкотемпературном спекании / С.С. Кипарисов, А.А. Нуждин, С.Э. Зеер и др.// Порошковая металлургия. -1988.- №8.- С.35-39.

169. Межчастичное разрушение железных порошковых материалов / С.А. Фирстов, Ю.Н. Иващенко, А.А. Малышенко и др. // Порошковая металлургия.-1991-№4- С.78-85.

170. А.с. 1470458 СССР, МКИ B22F 3/16, ВЗОВ 15/02. Штамп для горячей штамповки спеченных изделий. / Ю.Г. Дорофеев, С.Н. Егоров, В.В. Синельщиков, В.Н. Шульга (СССР).- Заяв. 13.04.87; Опубл. 07.04.89.

171. А.с. 1320021 СССР, МКИ B22F. Установка для горячей штамповки спеченных деталей / Ю.Г. Дорофеев, В.А. Гейдаров, Э.Р. Рзаев, А.Т. Мамедов, С.Н. Егоров, В.Н. Шульга, В.В. Синельщиков (СССР).- Заяв. 21.10.85; Опубл. 30.06.87.

172. Головец Б.И., Дорофеев Ю.Г., Мирошников В.И. Основы конструирования и формования порошковых горячепрессованных изделий.- Ростов-н/Д:, ИПК Минсельхозмаша, 1988.- 77 с.

173. Либенсон Г.А., Панов B.C. Оборудование цехов порошковой металлургии.-М.: Металлургия, 1983.-264 с.