автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Оптимизация горячего изостатического прессования пористых материалов на основе усовершенствованной математической модели процесса

ДО'ТЗАССКЛ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НАШШ'ОСТРСШ-ЛЫУЛ ЛКЛД521Я

На правах росписи

ПРЭКЕШЮ Сергей Геннадьевич

01Ш2£ШЩИ ГОРЯЧЕГО Н30СТАТИЧЕСК0Г0 ПРЕССОВАНИЯ ПОК1СТИХ »ЛТКРИЛЛОЗ НА ОСНОВЕ-УСОВЕРШЕНСТВОЧАНИОЛ ?,!АТЕ?МТПЧЕС1С0П МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

Специальность 05.03.''5 - Процессы " машины оОрпбопси

давлепием

Авторефер'т диссертации на соискание ученой стелет кандг ,ата технических пауте

Краматорск 1995

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Донбасской государственной машиностроительной академии, г. "паматорск.

Научный руководитель: доктор технически" наук, профессор Лаптев Л.М.

Официал' :шо оппоненты: доктор тохн.ческих наук, профессор Лоаинский В.M. кандидат технических наук Тютенко B.c.

Ведущее предприятие: Акционерное объединение

"Новокрглаторский машиностроительный завод"

Защита мис-лртацшшой работы состоится "30 "цортп 1995г.

в_ЬО_часов ла заседании сиоциализировошю^о ' совета

Д068.01.01 при Донбасской государственной машиностроительной академии (343913, г.Краматорск, ул.вгкадинова, 76, учебный корпус 1, зал заседаний), справки по телефону (Обгб4) 42592

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке Донбасской

государствешюй машиностроительной академии, v

Автореферат разослан " 26» cjxé'mua 1995 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 068.01.01, кандидат технических лаук, /^72) доцент (^Гйвй^

А.В.Сатонин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Одно!! иг захайте задач сопро.,:е;пюго магшпостроеш; ■ является освоение массового вит уск; высоко-гоготшх деталей из металлических .юрошков с повышенными ••э-ханическими характериствкеш, доталой слоааюй £орм.ы и боль-яой массы. Реиепиэ отой задает тесно связано с развитием технологий форгговашт. Одеты из видов фар:,тав тя, который позволяет получать высокоплотпыа до то ли с пазмера;ли, максимально приближенными к готовим изделиям, является горячее изостаткческое прессовапке (ГШ), с -четагацв процесс уплотнен*"' ма :и порозка и ее спокашго.

Исследования в облает соЕор^онсг чванпя технологий ГПП направлены на определение таких параметров процесса, которы обеспечивают получение требу ешх свойств ..ри минимальных закатах времена. Рациональные технологические п раметры ко-гут бить определены как экспериментально так и теоретическим путем. Наиболее предпочтительным явлс ч'С; аналитический подход, при которс ■ могно установить и прознл-лзировать зависимости мзгду технологическими параметрам! процесса, я плотностью ;аготсЕкн и затем оптимизировать процесс.

Цель работа. Целью настоящего исследования !ВЛяо? я разработка метода и вычислительных средств для оасчета и выбора оптхгялышх технологических параметров процесса горячего изостатического прессования.

Научная новизна работы -аклтаается в следу двм:

- в развит!""1 ранее существующих моделей Г1Ш создана математическая модель, которая учитывает действие сил поверхностного натягения к давления газа в порах. Показано, что их влияние мо:зт быть существенным при обработав заго-тоеок из порелкоз мелких Фракций, особенно при низки:. внеш-Ш1х давлениях;

- найдены ус-.авия нагрева и нагрукештя пироаков :орун-да и титапа, при которых достигается теоретическая плотность ;

- разработан? методика расчета процессов уплотнения при ИИ1 в условиях одномерной нестационарной теглот..-водности, позволяющая находить раегг эдо^ние температуры и плотности в любой момент времени, а тагам определять вр'эмя полного уплотда ия прессуемого изделия;

- разработана методика расчет опттеалышх технологи-

чоских параметров процесса, которая учитывает конструктивные собешюст" используемого газистатического оборудование

Метода после"овапия. При теоретическом исследовании процесса ГШ использованы структурный и континуальный подхода, которгэ базирукг ч на теориях пластичности и ползучести пористых тел. Применено математическое моделирование пз ПЭВМ.

Практическая ценность. На основе "точненной математической модели процесса созвана трехуровневая диалоговая сг"тома позволяющая: проводить численные гсспершьнты в широкое диапазоне .варьирования внэиних параметров и для раз лгпшх вариантов процесса; найти оптимальный технологически»! цикл с уттом конструкти^т" особешостей используемого оборудования при неравномерном распределении температуры и •тлотиости по объему заготовки. Анализ результатов деленных экспериментов позволил указать пути совершенствования технологических процессов горячего изостатнческого пре сования.

Реализация работа. Результаты и рекомендации содержащиеся в дкссортациошой работа, использованы Лабораторией новых технологий (г.Ыосква), а тага» при выполнении научно-исследовательски работ.

Эконошчоскнй эф|вкт от использования результатов диссертационной р'боты составил зоо тис.руб. в цепах 199ч года.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационное работы об уедались на респу^таканском семя-паре "Физика и Moxamuta пласлческих деформаций порошковых ыатуриалов" (г.Луганск, 1991 г.), научно-гохнической конференции "iIporpbOCHBHüe технологии и оборудование для обпзбот-íai металлов давлением" (г.Киев, 1993г.), научно-технической конференции "Прогресс,шшо процес сы обработки металлов давленном" (г.Краматори, 1993 г.) и научно-технической конференции "Росурсо- и г •зргосберегагда таг'ологте в машшю-стр^ нага" (г.лдесса, 1994 г.).

Публикации. ота выполнялась в Цонбасскол государственной акдеюь. в период с 1939 по 1994 "од. По материалам дксс..ртац5И опублш nano б печатных раб^ы.

На згииту выносятся: - усовершенствованная математическая модель процесс." горюча-

го нзостатическсго прессовшпш, в которую включены уравнения учитнваэдиа дейслже сил поверхностного н тяжокия и остаточного давления газа з порах, тепло .^оводтюсть и теплоемкость пористого ма.¿риала, конструкцию особенно!. оборудования;

- методика расчета оптимальных технологических параметров лри горячек газостатическом прессованна;

- давлогоая система, позволяющая проводить рас. ;ты технологических процессов П!П;

- результаты численных экспериментов по различным технологиям ГИЛ;

- от. лмальный технологический цикл для уплотне^я порошка никеле ого сплава на газостате ©тают 250;

- рекомендации по ведению технологических процессов горячего кзос.татического прэссова" тля для порошков никылевого ^плава, корунда и тг^анв.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выво.*"эв, сплска использованных источников и приложения. Ду '■вртация содержит 8У страгащ основного шазиношсного текста, 40 рису сов, 2 таблицы, 72 наименований источников и а приложение. Общий объем работы 13? стривщы.

ОСНОВНОЕ СОДОНАШЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена аналитическому обзору и постановке задач исследования. Бр-анализированы процессы горячего изостатического рессоваяия и циклы термосилового воздействия по технологиям, получившим развитие в последние года. Рассмотрении основные деформационные механизмы (пластичность, "олзучесть и диффузия), приводящие к уплотпешш пористых материалов при ГКП.

Отмечено, чтс в настоять ^ремя существуют два напраг -льния разработки теоретических моделей процессов I „рячого прессования пористых материалов: континуальное л структурное. Последнее основан на использор"нпн идеализированных моделей представительного элемента пористого тела и анализв их поведения *фи деформации. Первое кагтавленир Сазтуотсл на применении конт. ¿уалыгай теории „¿формирования порошков и пористых те.", представляемых в виде-сплошной среди, обладающей свойством н. обратимой сжимаемости.

Структурный подкод бил Егрдлокен К.Торро и получил раз-ыгше в ра 'отех В.В .Скорохода, И.О.Мартыновой, В. П. Со; ила, ВЛЬРззжиЕва.-гсЛиГнЛ., 'Я.Е.Гег-гзпна, Д.С.Уилюшсона, Н.Ф.Эш-бп п др. Так Д.С.Уллсииссн к М.Ф.1~лби выпсилали анализ «¿одели предсташтелалого элемента в виде толстостенной обо-1.0Ч1-Л1, которая деформируется по механизму дислс .анионной кол"учостн. Л.Д.Голишн, Г.А.Гшыш и Л.А.Шофлан, такко В.Цэ-гсакжпй и Х.Пэтр:пс енализирояаля деформ. двумерного аналога сферических частиц - цилиндров _ параллельными осями в яч1 й50 в шдэ прг-та с квадратом в ооповьлж. Однако, получек ю рапення учитывали только один из деформационных кэ-ханизмоз. и.Ф.З-бл и Д.Е.Эстчрлшгг в ряда своих работ проанализировал! процесс уплотнена?. при ГШ с учетом нескольких шу.елг.г^ав: пластичности, ползучести и диффузии. Таким образом, структур!, .гй метод ш.-члирования процессов получил достаточна вяроков распространение, но, вместе с тем, анализ деЛэргащг.! моделей представите мшх элементов выполнен при большом числе упродакшх допущениях, а полученные в разных работах резу зтаты не всегда хорошо согласуются между собг"! и ч скспоржэнта..ыЕ1Ми даннгш.

Континуальную теорию дач анализа процессов горячего прессования впервые щшмашши Б.В.Скорохо, и Ы.С.Ковальченко. В ка'.зстве определяйся первоначально рассматривались уравнения теории вязкого ныотонорского течения. Ьри нахождении эффективного напряжения в твердой фазе исходили из равенства тиссипацки мощности деформации в объеме твердой фазы и объеме пористого тела вцелом. В дальнейшем о^уществ: тлея е-реход к модели нэлинейп-вязкого дефоршрор'шия.

В тстояш°в время к двум основным напргвлншш добавилось направление, основанное н сочетании дискретного и континуального подходов. Данный теоретический подход для рассмотрения процессов ^ячего изостатического пресоо? зния применил в своей диссертационной работе С.В.Подлесный. разработанная им матемаа-хче^кая модель была ..спо..^зовеш для построения диаграмм деформационных механизмов и тля определения технологических параметров некоторых процессов ГИП.

проведенный анализ теоретических ме :одов определения технологических парамет ов горячего изостатического прессования структурного континуального и совместного, показал, что кпеднй из Г'Х имеет определен че недостатки. Гак при

структурном, lj учитываются или слабо учитываются свойство и состоят» роалышх порошков, их гоомэ'ричоская форма,', ситовой состав а т.д. Расчеты, ЕыьолнепЕые на основе д- 'ного подхода, носят приблигх.лтпЛ характер. Контатнуалыша готод не учитывает механизм диффузии то контактной поверхности частиц, дойствуюзпй ъа заключительной стадии проссоьа-ння. Существующий вариант совместного подхода, юлея з своей основе сочетание двух предыдущее подходов, все г:о ле универсален. Расчет, проводимые тта его осноеэ , г.опга отнести к оценочным. Результата расчетов, проводклшс на оетгве совместной модели, относятся к точкам па:- даемся но поверхности заготовки, характер уплотнег m внутри обраба-л эмого нетерпка проследить невозможно. Ограниченноегь существуксцих моделей также связана с невозмокнос-ью лспользовашш га для bit 1ботки практических рекомендаций по ведению гроцесса, вследствие применения при расчетах ндеализироваппыу циклов ГИЛ отличных от реальных, на вид которых существенно влияют конструктивные ослСвшгости эксплуатируемого оборудования.

На огтове излокенного выше были поставлены слэдукщга задачи исследования:

- усовершенствовать математическую годель процесса горячего изостатического прессования п., тем учет? в пэй шзяг-нпя сил поверхностного, натяжения порошкового ызтерлала и ос!~ та-тшого давл1,.пш газа в по^ах;

- учесть в глатематическсй кодели ГШ lie даородноста-'тегс!вратурниГО шля л теплопроводность пористого кртер^лаг

- для определения оптимальных технологических параметров процесса Гй77 учесть злия»шо па продолжительность цикла конструктивных особенностей оборудования;

- ::а базе данной математической моделл со всеми дополнениями разработать методша расчета и реализовать их l виде пакета программ удоб1шх для практического использования на-учгяди п ттзнегчо-техничзскика рабогник£:.ш;

- использовать разраб^анпый пакет программ для чсс„,а-/•^вания процессов изостатичьског прессования типовых порошков;

- Дс1ть реко?лвндации по прессовакию типовых порош-сов при р личных ихемох ГИП.

Во второй главе описана математ"Чоскйя и юль процесса Г1ХП. основные зависимости которой Соли раное разработаны

А.М.Лептевым к C.B. Подле сшм, и выполнено ео усовершенствование. Модель учитывает три основш'К деформационных механизма: пластичность, ползучесть и диффузию. Ввиду того, что испг :ьзуемые деформациошше механизмы связаш с реализацией рагличшх Физических явлений, к: 'орае могут протекать ьезависимо и не влияя друг на друга, общая скорость уплотнения прессуемого материала определяется как суша скоростей

P = P0+Pn+Pd. (D

гдо р - скорость уплотнения, определяемая действием дислокационной ползучести; р - скорость уплотнения по механизму ползучести Набарро-Херршга-Коблв ; рй- скорость уплотне^-ш по механизму диффуз' и.

Вашим параметром, как уже оыло отмечено, является величина р - j вление при горя. „м изостатическом п^оссслании. Его можно рассматривать как сумму трех составляющих: внешнего даатешш ре, давле1шя поверхностного яатякения на границах пор - давления газа, ;ащегпенного в порах - р±, т.е.

Р = Ре + Рв - ■ ' (2)

Анализ, проведенный С.В.Подлеснкм, показал,что значениями рви j^b большинстве сл,тчавв можно троноброчь по сравнению со значениями р0, ввиду их малости. 0;. зко, при реализации новых, не"ра;. сционныг процессов ГИП, т чих как спек глио-Ш1, уплотнение при атмосферном дошрчни и некоторых других величины рв, рА и р0 могут бить соизмеримыми. П отому-формула (2) дол-ла быть включен« в мгтематичаскую модель процесса

т. ■ '

Уравнения, полученные Ы.О.Зиби и др' , были использованы для определения величины ре за двух стадиях уплотнения. При р=0.9, коггэ можно идентифицировать отделы je частицы уплотняемого поропковогг материала, pQ находится из формулы

р0- т (-4-) ■ ' -(э)

где 7 - энергия ;козфгициецт) поверхгостного натягопия; х -радиус перешейка ме-ду соседними частица!,ш; г - радиус кри-BKC.EU этого пергейка .

Г = г твг^гу- ' : <4)

i.. и о.9<р<1 значения р могут быть найдаш из выражения

2 7

гдо

г0

Р. = -V- , (5)

р

( 1 ~ Р 11

Гр = йр . (6)

Вр, гр - слэедаие радиусь частиц пороака и пор; р - относительная плотность прессуемого меторлала. •

Давлению газа в Пирах препятствует уплотнению. Оно увеличивается вследствие двух Лэкторов: уменьшения размера пор при уплотнении и увеличения температуры. Перед ЛОТ дав-леыэ газа в порах равно давлению дегазации р0 . При ПОТ в оболочка давление газа возрастает в соответствии г зависимостью

(1 - р ) р ®

Рч = Р0 ----, г)

1 0 (1 - Р) Р0 5?0 где - рабочая температура; т0 -темпах атура, при которой с таествляегся дегазация; р - относительная плотность перед прессованием. . 0

Как следует из проведенных расчетов, значения давление поверхностного -татяже1шя могут достигать 20-30 Ша (д ;я порошков '-элких фпакций), что соизмеримо, а в яекоторых случаях даг..э мпвт превосхо,~1т характерные величины вне1 :его давления. Влияние давления газа в порах менее существенно (расчетные значения р.^ значительно мыьше чем атмосфорное давление при давлении дегазации и температурах, характерных д-т ПОТ).

В модели учтено влияние конструктивных ос "юнно-тоЯ га-зсстатичосиой установки гэ вдкл ГЩ1. Учтеьо, что полный цикл осуществляется в несколько этапов. Типовыми являются: ваку-• здрование рабочей камер. газ^стата, нагуск газа из баллонов в камеоу, закачка газа' из баллонов в камеру с помощью компрессора, ступенчатый нагрев с промежуточной выдержкой, технологическая выдержка, поэтапное охлаждение, выпуск г}за из камеры в баллоны, откачка газа из камеры в баллоны,•выброс остатков газа в атмосферу. Полнее ьремя .дала т определяется как сумма времен тринадцати характерных этапов цикла, т.а.

Ч = (8)

1=1

где т^- продолжительность 1-го этапа цикла. Продолжительность этапа вакуумировашя oпpJдeляeтcя мощностью вакуумных насосов, объемом ^обсчей катры и необходимой г Шубиной вакуума. Обн'шо она принимается постоянной для данной газостатической уста.,ов:сн. Длительность этапа на

пуска газа из балл. ..ов в камеру задается с повдъю рале времени системы управления гагюстатом. Это позволяет считать продолжительность этого участии цикла известной, заданной волушюй. Длительно^ -ь этапа закажи газа определяется про-изводить..ыюстыо испольг7омих компрессоров и необходимой во-личиной начального давления в камере, :.е. является расчетным значением. Продолжительность участков подъема температуры зависит от значений температуры промежуточной выдержки, темпера.урн конечной выдержи и скорости.нагрева газа. Таким образом, она является расчетной величиной. Скорость нагрева определяется возмохаюстями ногров"телей и термоизоляционного ко.лака камеры, геометрией садхк, ов массой и конфигурацией. В большшстве случас ~t скорость нагрев^ является постоянной. Длительность промежуточной кыдерши определяется из условия полного прог ва заготовки. Ь^одолжителыюсть то? i олог^чос-кой выдержки устанавливается из услозия достижения 100 % плотности прессуемого материала и зависит от всей истории изменения емперятуры и давле. ля.

3 качестве примера, были рассмотрены зависимости, характерные для газостатической установки QUHiTUS-250. Однако, прэдло?.'.е..лая методика применима и для прессования на других газостатах. Эксплуатациошше дашше i отановки qutntüs-250 позволяют опр делить гродолхагтел'-чост^. некоторых участков цшию ГИЛ, как постоянные величин"'. Продолжительность др. лис элементов цикла зависит от; параметров установку и вида прессуемого „ттериала. Так для нике; вого сплава ЗП741П нагрев < существляется в два атапа, с промежуточной выдоракой для выравнивания температуры, по объему заго' овки. Поэтому, для расчета оптимальных технологи ;euflix параметров в матемпти-ческую мод тъ бцда включение соответствую:^ уравнешм.

В реальных тех элогиче .лсих процессах гррячего изостатнческого прессошшк- порошковых материалов температурное оле монет быть суеэагвеннр неоднородным, поэтому вагашм моментом является у № е-той неоднородности. В основу расчета распределения температуры, вдоль, характерного размера заготовки было полокено. уравнение- теплопроводности Фу^.^е для одномерлого случая

<*■»- тЙг I * W ) .. «>

гп х - коорддагйй,-; - время;; Cr,, х - удельная тепле ;мкость и коэф^щизни- теплопроводности, порокагового материала; pß-

плотность ого ТР-эрдоЯ фазы.

Для ропопля УрОЕ1Ю1Ш:1 Ф.УрЬО ГСОЛЬЗОВПЛСЯ МОТОд КОНЭЧ-шх злемонтп (МКЭ) в сочоташш с централы -К - пзностнсй схемой рзпешя даЗфэропциалымх уравнений. Расчетное ург ноше имеет вид

г [к] + [б}] {г}" - [щ - [к]) 1т)0 = о , (10)

где [К] - глобальная матрица теплопроводном ; [г>] -• глобальная матрица демпфирования; {т}* - ма^ицо столбец , составленная кз значений температуры в узлах конечных ьхокап-тсв в момент времени t+Дt; {т)0 - :о ге в >мепт времени t. Ваптейапт факторами, определявшими распределение твшорату-ры, и, следовательно,' плотности при горячем изостаютеском прессовании пористой заготовки являются еь тешюфязичеекг■ характеристики - теплопроводность и теплоемко ль. На величину . зшгапроводаости оказывает влишше плотность . температура. Эту зависимость гапю записать в обцем виде

\ = Л./Р) Л.2(Т) . (11)

На величину теплое--кости влияет только те?,шар-- ура. Влияние плотности на величину коэффщиента теплопроводности моего учитывать по формулам, предложенным М.Ю.Бальпишдл и В1В.Скороходом

Л = Лд р1. . (12)

где Х3 - тс тлопроЕодпость материала при р=1; I - показатель, определяющийся формой и видом пор (для ис _>лированных 1=1,51 для сообщающихся 1=2).

Для никелевого сплава ЭП741П нами была использована зависимость предложенная Б.А.Друянов! л. При относительной плотности р>0,9 ,. '

2 р '

Л. = X -— . (13)

3 - р

При относительной плотности менее 0.9

1 + с^(р - рп)1/2

X . V -, . (14)

в 1 + 20(1 - р0)1'2 Для учета влияния температуры на величину коэфХвциента теплопроводно оти оало использована лгиейноя йвбясююсть

Хв ,= Хд [1 + а(® - 300)] , (ь>

где х0 - коэффициент теплопроводное*! пр„ температуре ¿оо К; ае - постоянный кобф&йдабйТ. Удельная теплое--кость Ср определялась по формуле

Ср = о0 [1 + ф(т - г^о)] , (16)

где с0 - коэффициент теплоемкости при т=300 К; ф - постоянный коэффициент.

В результате ре' яшя уравнения (Ю) устанавливается распределение темчературы в одномерном "эрлстом "эле на заданном вре! )нном инте золе. Затем рассчитывается изменение плотности.

В третей глаг ■ описана диалоговая система HIPPER, соз-дашюя на основе уточненной в гл. 2 математической модели. Система позволяет производить рас еты и отишзацюо процессов горячего изостатпческого прессования. Программа разрабо-танг в среде Турбо-Паскаль и может быть реализована на компьютерах типа IBM Р at, с операционной системой не шшо ixs-dos э.зо. П; ограмма содержи* дче ветви: функциональную и базу данных. В соответствии с этапами вычислительного процесса функционал" чая ветвь программы содержит три модуля работы: работа с исходными данными, выполнение расчетов, работа с результатами. Модуль расчета реализует матемьлгеес-куь модель, изложенную в -лаве г, м представлен тремя направлениям;!: режим "исследователь", режим "технолог" п рэким "оператор" (назвш :я даны в соответствии j задача-Mil которые решает пользовзтрпь). Диалогов?i система HIPPER устроена тагам образом, ч.э весь процесс вычислений визуализируется на экране компьютера (заданные графики цикла на-грукопия, достип ;тые значения температуры и плотности в узлах коночных элементов, величины скоростей уплотнения и ер составляющих). Предусмотрен такие удобный выв-д результатов в виде таблиц и графиков на экран коьпьютвре или пщ-•гвр. База данных содержит фызк zecraie характеристики материалов по 21 параметру. В настоящее время соСракч сведошш о 44 материалах, информация о которр^ была получена из справочной литоратуры.

В четвертой гла; м с целью проверки разработанной математической модели методики васчета, проводились числе1щые эксперименты по уплот: эш'ю порошка из сфер"ческ"гх частиц ти-Tai.., (Rp=72 ыкм, d=i44 мкм). Полученные результаты показывают хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных. представляют практичс зкий интерес свидетельствуют о надеасности принятий модели. Были так^е выполне i расчеты процессов уплотнения порошков меди и ai2o3, результаты которых такие покарали хорошую сходимость с эксперт* тальными

даннимп из литературы.

Рассматривалась повыв процессы горячjro изостатгческого прессования, при которых в качество нер&дащей среды используются расплизы стекла повышенной чистота марки кимакс Кб-33. При ГКП контейнер с расплавом стекла охлаждается со скоростью примерно 250 град/час. Результаты расчетов, показали, что д: : ЭП741П при Rp=ioo мкм и d=30 мкм пороговое даъ-лекие, при котором i змоусно у: лотнепие до плотности, равно 150-200 МПа, для Rp= 60 где л и <1=30 ...км достаточно давление р=юо Шз. Аналогичные расчотч были проведены для Л1г03 (Rp=i ,25 мкм, d=2,5 мкм) и титана (Rp=72 wan <1=144 ггсл). Для Л12о3пороговое давление составляет р- 300-у, .VJIa, а для титан? р=150-200 Ша.

Использование металла в качество передаточной среда (но0 - процесс) приводит к резкому увелпегано скорос :i охлаждения, щпмерно до 40 град/мин. Проведешше расчеты для порошков титана и А12о3, показали, что значения порогового давления соовотстзуит эксперимент. ино установленному предпочтительному pe:cL,./ дефоршг. -мзакия (для nm-.j р= 250 Ша при Т= 1000 К И Rp=72 MICM, d=144 МКМ. ДЛЯ А1г03 р=450 {.¡Па при 4=1700 л VL Нр= 1,25 МКМ, й=2,5 МКМ).

Диалоговая система HIPPER была использована для проведения численных зксяоркментов по горячему из^статичосксму прессовании при ннзкж: виепних давлениях. Одним из таких процессов.является технология "спекание-ГИЛ" (р^-5-20 Iffia). Проведенные расчета для порошка никелевого сплава при Ер = ю, 20, 50", юо . .см подтверждают влияние па процесс уплотнения сил поворхпостиого натяжения, штаиси&'гиирувцеося три обработке' частиц мелких фрахсцяй (Rp=io, 20 г,тел). Аналогичные зак^чскерпости были замечены при расчетах процесса уп-лотнепил поропжа А1о03. Изучалось горячее прессование трех типов порошков (Кр- 0,5 f-яол С 1 м".м;' Rp--5 гдкч •* -10 ь"см: Пр=5о мкм чЫОО гясм) при температурах 1500 К и • юо К. Осноышм дейормашгошшм механизмом во всех случаях являлись дг^узня по иоп^лхности частиц. при даало. лях лпль 0,1 к 1 МПа

плотность существенно возрастала за ' сремя мепое 1 час для сверхтонких пиролков Al.,o3 (Пр=0,5 мкм мкм) при равни-тельпо невысокой те,.лера'туре 1500 К. ^¿=2320 К).

Был Ешт-плен расчет оптимального цикла Г1Л сплава 0П741П па газостчто GUXi;tus-250. Cueiaime параметры варьирэ-

-.алксь в елодувцлх продолах: .450 < Т < 1525 К; 75 Р ■<" 150 МПа. Миндальная продолжительность второй выдержки 1 час. В результате расчета было определено, что минимальная продолжительность цикла т=?,т час 42 мин получаотся при томпоратуре и давлении 2-й выдержки равшх т=1450 к и р=юо МПа (оптимизация проходила по п лтралыюй зоне заготовки).В дьшюм диапазоне изменения внешних параметров максимальная продолжительность цикла % -29 ча. 6 мин получаотся при т =1500 К и п =150 Ша.

В пятой глаь^ продставлеш рекомендации по ведению тех-полошчееккх процессов ГШ при обработке типовых порошковых материалов (яикелевого сплаЕ , корунда и титана).

ОБЩИЕ ЫЗОДЦ

1. Усовершенствована математическая мод . ль Г!*П путем включе1шя в нее уравнений, учитывающих действие сип поверхностного натяжения и давление газа в погах, что позволило репс рь проблему ».опользоваши' данной модели при р: четах уплотнения при различных технологических схемах и решмах ГИП в широком диапазоне измерения внешнего давления.

'г. f -jQhs проблема расчета уплотнения пористого мате-' риала с учетом т-плолроводчос j и в одномерной постановке.

3. В математическую модель включены уравнения описывающие конструктивные особенности используемого оборудование. чю позве гало отимизироват. технологиче Jiatíl цикл работы га-зостата.

4. На основе уточгишой математической модели создана диалоговая система hipper, которая позволяет проводить расчеты процессов ГШ.

5. Используя диалогоЕ"ю систему hipper и разработашшэ методики были проведеш расчеты процессов ГШ:

- технологии горячего газостатичс кого прессования пороков никелевого сплава, титана, .что позволило определить давления при которых достигаете юо % уплотнение (никелевый сплав p=i"0 Ша и ' =1450 К , та» гаи р=ЮЗ Ша и Т=973 К);

- для технологии т" 1 г расплаве сыкг-1 порошко. никелевого сплава, титаь.,, корунда бучи определены пороговые давлешш. Так для коручда при тибоо к пороговое давлешш составалс юо Ша, для никелевого сплава р=2Го МПа при т. 150ü К , для титана p-¿i>G !,Яа при í=900 К;

- по^-огоьне дяплишя были оь^ег-лоьа для кот - процесса

, (для титана'р-250 Ша при т=юоо К, для корунда р=450 Ша при Т=1700 К); •

- для щ ¡цессов пои низких дэе -ешях, таких как "спекание -ГШ" и САР-процесс, Сил" определена допустимые рзкорь частиц порошка, при которых Еоз!ложно уплотне^ю дс тооротичес-кой плотности. Так для штилевого сплава Rp не более ю г- м, корунда Ку не более г,5 мкм.

6. Применение направленна "техполог", системы HIPPER, пог-элюо найг/ оптимальный технологический цикл для га-зостата quiiitus-250 (г*нкмальлая продолжительность цикла 27 чьиов 42 минуты 1.рц тешературе и давлошш 2-й выдери:' т=1450 i. я р=юо Ша).

Основное содержание диссертационной заботы оьублпковь о в_глотах:

1.Лаптев А."!.,Прий?генко С.1. Горячее изостятическое прессование : уплотнение при низких внешних давлениях // Сборник научных статей /Краматорский ипдустр am :шй ивститут.-Краматьрся: КИИ, 1993.- Вып.1.-0.115-123.

2.Лаптев A.M.,Прийшнко С.Г.,Васильев Г .Е. Диргоговая система для расчетов процессов горячего изостатического прессования //' Сборник научных статей / Донбасская го- /дарственная матнос-роительная акг^емия.- Краматорск; АШ, 1994.-Вып.2.-С.77-80.

3.Лаптев A.M.Лрийменко С.Г. Анализ неравномерности уплотнения порошковых заготовок при горячем ' изостатическом г :эссов£ -пи //Сборник научных'. статей ' ДокбасскаЯ' государственная машиностроительная акад мня.- Крамаа „рек; АЛЛ. 1994.- ВЫП.2.-С.81-90.

4.Лаптьи A.M. .ПоаЛбсный с.В.,Прий.".нко ь.Г. Теория горячего изостатического прессования п ее применение при р-пра^отке технологий //Тез.Докл. республ. семинара "Физика и механика дластич^ских деформаций поровт^зых материалов«' (Лу-Гсюк, 9-12 апреля 1991N.- Лутгч, 1991 .-С.5.

5.Лаптев A.M..Ьрийменко С.Г. Моделирование горячего изостатического прессования порошков на. ЭВМ //Тес.дсчсл. науч.-техн. конференции "Прогрессивные технологии и оборудование для обработки металлов давлевь-м" (Киев, 16-17 оврага 1993).- Киев, 1993.- С.41-С.

6.Лаптев A.M..Прийменко С.Г. Определение оптимальных тезшо-логических параметров горячего изостатического npí зования

порошковых матери,ов на основе мвтьматичоскогс моделирования // Тез. докл. науч.-техн. конференции "Гесурсо- и энергосберегающие технология в. машиностроении" (Одесса, 6-с сентября 1994). Киев. 1994. С.56-57.

Прийменко С.Г.Оптимгзацнн гарячого isoc..mvmoro пресучання пористих матер!ал!в на основ! удосконялоно! математнчно! мо-Д9л! процесу.

"лсертамя на г.-обуття вченого ступени кандидата техн1чних наук за фахом 05.03.05 - ироцеси та машшш обробки тиском, Донбаська дер:::авна машинобуд1вн^ вкадем!я, Краматорськ, 1995.

Захищаються 6 науко£ -х роб1т, як! м!ст ь в соб1 т«ор!тичн| достижения в галуз! моделювання процес!в гарячого Isocia-тичного прес. ання пористих ..,атер1ол!в (ПП). Уг >ско 1лена математична модель включениям р!внянь, як! описують д!ю сил поверх^чвого натягу, теплопровшюсть пористого матер!алу а., •онстоукт!,. н! о^бливост! с лая шш. На осноз! уточнено! матеьатично! модыМ створена д!алогова система н. PER, яка дозволяе проводит« розрахунки процес!в ГШ. Розроблвн! реко-мендацП, зд! йене но проми-пове упровадження. Prymenko S.G. Optimization of hot isost tio pressing of porous mate iai on tht oasis of improve, mathematioa model. Dissertation for a scientific der^ee of So. Candidate (Technics), speciality 05.03.05 - metal-shaping protases and machines, Donbass State Engineer!* Academy, Kramatorsk, 1995-j scientific vrorks containing theoretical investigations in the field of hot isostatio pressing fTIlP) of porous materials ar*~ defended. A ma them- fci.al model composed by including the et.; ations which desoribe impaot с " surface tension force, porous ma^ei lal's ti .'rmal conductivity and the structural features of equipment. The dialogue system HITER which allows HI11 processes computation has been created on the basis of the 'nproved mathematical model. Recommendations have Ъе^-n compited and industrial introduction has been made.

Ключевые с.г 'Ba: 1^рячее изостати"чско9 прессование, математическая модель, "а-погорая система, тористые материалы.