автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Порошковые материалы на основе железа, полученные с применением методов химического и электрохимического легирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ

РЕСПУБЛИКИ

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ _

ег.

т т

На правах рукописи

О-Сг т

МА МЕДОВ ВУГАР А РИФ ОГЛЫ

ПОРОШКОВЫЕ МА ТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БАКУ - 1997

Работа выполнена в Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии.

Научный руководитель'. доктор технических наук, профессор БАБАЕВ С.Г.

Офицалные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГУСЕЙНОВ Р.Г.

кандидат технических наук МАМЕДОВ Э.И.

Ведущее предприятие: Азербайджанский Научно-исследовательский Проектный Технологический Институт Металлургии

Зашита состоится "¿8 " СШР&АЛ 1997 г. в 14.00 часов на заседании Объединенного Специализированного Совета Н 054.04.01 при Азербайджанском Техническом Университете по адресу: 370602. г. БАКУ, проспект Джавида, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанского Технического Университета.

Автореферат разослан " 25 " марта 1997 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экз.. заверенные гербовой печатью просим направлять в адрес Объединенного Специализированного Совета.

Ученый секретарь Объединенного Специализированного Совета /-г*?/2

доктор технических наук, проф.-^гг^^у А.Н.ШАХВЕРДИЕВ

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важное место в создании новых материалов и изделий из них занимает порошковая металлургия, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с традицонными методами получения изделий (резанием, литьем и т.д.). Методы порошковой металлургии позволяют получать изделия с заранее заданными свойствами и составом, в том числе такими, какие трудно или вообще невозможно обеспечить другими методами.

При большом многообразии требований, предъявляемых к порошковым материалам, необходимо, чтобы они обладали максимумом как физико-механических, так и эксплуатационных характеристик. Проблема повышения прочности материалов сводится прежде всего к установлению таких оптимальных условий, которые обеспечивали бы высокое качество сращивания порошковых частиц при спекании. Анализ литературы показывает, что снижение уровня свойств обуславливается наличием примесей на поверхности порошковых частиц, существованием несплошностей, возникающих из-за шероховатости поверхности порошков.

Необходимость повышения степени химической чистоты поверхности исходных порошков, а также частичного устранения микроне-сплошностей требует разработки новых приемов легирования порошковой шихты. В этом аспекте перспективным направлением является меднение железного порошка и неметаллических включений, т.е. основных компонентов железографитовой шихты. Следовательно разработка новых несложных приемов легирования порошковой шихты, позволяющая обеспечить холодное прессование без технологической смазки и создать ювенильный контакт между порошковыми частицами открывает большие возможности получения изделий с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств.

Целью работы является установление закономерностей формирования структуры и свойств конструкционных порошковых материалов антифрикционного назначения, синтезируемых из смеси порошков медненного железа и металлизированных твердых смазок.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью работы были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Разработана методика и технологическая оснастка для получения порошков медненного железа и металлизированного графита.

2. Обоснованы и оптимизированы составы шихт, содержащих порошки медненного железа и металлизированного графита.

3. Определено влияние условий получения порошковых материалов на формирование их структуры и свойств.

4. Разработана группа порошковых конструкционных материалов антифрикционного назначения, обладающих высокими прочностными характеристиками.

5. Сформулированы научно - обоснованные рекомендации, обеспечивающие внедрение результатов исследовний в производство применительно к деталям различной конфигурации.

Методы исследования и достоверность результатов. Поставленные в работе задачи решались на основе теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях. При выполнении работ для оптимизации составов шихт были использованы математическое планирование экспериментов и статистические методы обработки полученных данных с применением ЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями, где использованы современные приборы и средства измерения, установки и оснастки.

Научная новизна. Разработаны научно обоснованные процессы получения порошковых материалов с гомогенной структурой, обеспечивающие при спекании высокое качество сращивания как однородных, так и разнородных частиц за счет химического и электрохимического легирования поверхности железного и графитового порошков.

Установлена взаимосвязь гранулометрического состава, содержания технологической и твердой смазок с технологическими параметрами прессования-спекания и свойствами порошковых изделий. Раскрыт механизм структурообразования порошковых материалов на основе мед-ненного порошка железа и на основе железа, содержащих марганец и металлизированный графит.

Установлена закономерность повышения физико-механических и антифрикционных свойств порошковых материалов в 1,7-1,9 раз по сравнению с традиционной технологией за счет применения восстановительного отжига порошков медненного железа перед употреблением.

Определены основные положения повышения прочностных и ан-ти-фрикционных свойств порошковых материалов, заключающихся в: а) исключении отрицательного влияния технологической смазки, обволакивающей частицы и препятствующей созданию ювенильного контакта между ними; б) сохранении исходных форм и размеров несущих включений и твердых смазок в структуре порошковых материалов при спекании путем недопущения их растворения в матрице.

Практическая ценность работы. Разработан новый прием легирования шихты,позволяющий методами однократного прессования-спекания получать изделия с высокими физико-механическими и антифрикционными свойствами.

Разработаны новые порошковые конструкционные материалы антифрикционного назначения для изготовления детали особо сложной конфигурации - рамы ротационного компрессора бытового кондиционера.

Применение рекомендованных материалов и технологии изготовления рамы ротационного компрессора бытового кондиционера позволяет повысить качество выпускаемой продукции (прочность и износостойкость), снизить металлоемкость, повысить надежность, сократить расходы на приобретение дорогостоящих изделий и трудозатраты.

Результаты работы нашли практическое опробирование в НПО "Баккондиционер" при производстве компрессоров бытовых кондиционеров.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на:

-1. Республиканской научно-технической конференции "Трибо-технические проблемы нефтяного оборудования". Баку 1996.

-2. Республиканской научной конференции аспирантов и молодых ученых. Баку 1996.

Публикация работы. Основное содержание работы опубликовано в 6 работах.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литератур и приложений. Диссертация изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 40 рисунков, 22 таблицы, 129 наименований литературных источников, 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и формулируются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что в настоящее время разработано большое количество новых прошковых материалов и технологических приемов повышения их свойств. Анализ работ, посвященных созданию износостойких конструкционных спеченных материалов, показал, что важным аспектом повышения их физико-механических и триботех-нических свойств является качество сращивания порошковых частиц при спекании. При этом одним из вариантов улучшения качества сращивания является обнажение поверхности частиц от неметаллических включений различного рода перед прессованием. Благодаря образованию при этом ювенильных контактов между частицами в процессе прессования обеспечивается значительное повышение физико-механических свойств порошковых материалов.

Недостаток публикаций по созданию относительно дешевых конструкционных порошковых материалов антифрикционного назначения, обладающих высокими прочностными характеристиками, требует проведения теоретических и экспериментальных исследований по данной проблеме. Недостаточно изучено поведение медненных железных порошковых частиц при холодном прессовании с точки зрения обеспечения качественного сращивания. Недостаточно раскрыты вопросы влияния

металлизированных твердых смазок на структуру и свойства порошковых конструкционных изделий. Значимость постановки таких исследований определяется существенным повышением прочностных свойств порошковых материалов благодаря рациональному легированию порошковых частиц, позволяющими реализовать холодное прессование шихты без технологической смазки.

По результатам проведенного анализа литературных источников сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены режимы получения шихты, характеристики исходных материалов, использованного оборудования и оснастки, описаны методики проведения экспериментов и обработки их результатов.

Для исследований были использованы порошки: восстановленный железный марки ПЖВ 2.160.26 ГОСТ 9849-86. предварительно подвергнутый меднению: олова ПО-1 ТУ-46-32-1-84; графита марки ГК-3 ГОСТ 17022; фтористого кальция ГОСТ 7167-77; среднеуглеродистого ферромарганца ФМн-20 ГОСТ 4755-80; стеарата цинка ТУ 6-09-3567-75.

Шихта для получения спеченного материала на основе меднённого порошка железа содержала порошки, мае. %: олова 0,5-1,0, графита 0,5+1.0 ; фторида кальция 1,0+4.0; железо меднённое -остальное.

Выбор содержания олова и графита и пределах 0,5-И ,0 мае. % объясняется с экономической точки зрения. Добавка фтористого кальция в шихту в диапазоне 1-4 мае % способствует повышению антифрикционных свойств материала.

Шихта для получения спеченного материала на основе порошка железа содержала порошки, мае. % меднённого графита 2,0-6,0, марганца 1,0+4,5. Введение марганца в шихту в количестве 1,0+4,5 мае. % объясняется необходимостью компенсации разупрочняющего действия мед-ненного графита. Содержание медненного графита в шихте более 6,0 % приводит к значительному снижению механической прочности материала.

Меднение порошка железа и электрохимическое меднение порошка графита проводили в специально разработанных устройствах. Для этого использовали водный раствор сульфата меди СиБО^ГЬО, к которому в случае меднения железа добавляли сульфат аммония (N1-14)2504 и серную кислоту. Сушку порошка осуществляли в сушильном шкафу марки СНОЛ 3.5. 3.5-1000/М1 при температуре 150°С в течение 2 часов. Рассев порошка по фракциям проводили на виброситах марки 029 М. Проводили также электрохимическое меднение графита в промышленных условиях. Для определения толщины медного покрытия (Ь) на поверхности железного порошка выведена формула, имеющая следующий вид'

h =

4рл,

3 m/p_

+ R

, 3m

+ Rcp

4ря

/

"p

где: ш - масса меди, осажденной на порошок железа, г; р - плотность меди, г/см3;

Rrc - радиус частицы железного порошка, см;

Перед прессованием проводили восстановительный отжиг порошка чедненного железа в печи для спекания в среде эндотермического газа при температуре 800°С в течение часа.

Смешивание компонентов проводилось в У-образном смесителе в течение 3.6 кс. Холодное прессование призматических образцов размером 10x10x55 мм проводили на специализированном гидравлическом прессе HPM-100S с усилием 100 тн в промышленных пресс-формах. В процессе отработки опытной технологии формование заготовок детали "рама" компрессора бытового кондиционера осуществляли на одно-ходовом гидравлическом прессе П 7640 усилием 1000 тонн с использованием экспериментальной пресс-формы, оснащенной одним верхним и тремя нижними пуансонами. В лабораторных условиях прессование образцов осуществляли на гидравлическом прессе ГП-125 с использованием ручной пресс-формы. Спекание проводили в промышленных условиях в печах конвейерного типа "KOYO LINDBERG" при температурах 800-И 100°С и постоянной скорости движения конвейерной ленты, что обеспечивало продолжительность спекания 3,6 кс. В качестве защитной среды использовали эндотермический газ. Состав эндогаза периодически контролировали на хроматографе марки ЛХМ-ЗМД модели 1.

Температура в зоне предварительного нагрева печи составляла 500-600°С и постоянно контролировалось хромо-алюмелевой термо парой, а в зоне спекания-платина-платинорадиевыми термопарами ТПП 0555.

Спеченные образцы для определения плотности и пористости под вергали вакуумной пропитке маслом марки ХМ-6 в лабораторной уста новке. Пропитку проводили погружением деталей в нагретое масло npi Т=80-100°С с выдержкой в течении 0,5-2 часов и последующим охлажде нием в жидком масле.

Исследование микроструктуры частиц порошков, а также спечен ных образцов проводили на микроскопе "PME OLYMPUS", "НЕОФОТ 21" и РЭМ-200: химический состав в объеме - сканирующем электронное микроскопе марки "TESLA BS 300". Твердость образцов определялась согласно ГОСТ 9013-59, предел прочности при растяжении - ГОСТ 149773; предел прочности при изгибе - ГОСТ 18228-78; ударная вязкость -ГОСТ 9654-78. Триботехнические характеристики образцов изучали на

стандартной машине СМЦ-2 по ГОСТ 26614-85 с применением специального приспособления. Промышленные испытания образцов проводились на специальном стенде.

Для оптимизации состава и технологических режимов спекания порошковых образцов применялась обработка результатов экспериментов методом крутого восхождения. Параметром оптимизации для спеченного материала на основе медненного порошка железа была выбрана прочность на разрыв - как основная характеристика конструкционных материалов. Для материала на основе железа, содержащего медненный графит и марганец параметром оптимизации была выбрана износостойкость. В результате математического планирования экспериментов были получены соответствующие уравнения регрессии.

Третья глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям по созданию конструкционного порошкового материала на основе медненного порошка железа. С целью повышения механических и антифрикционных свойств разработана шихта, состоящая из следующих порошков, мае.0 о: S„-0,5-H,0;:C-0,5-H,0; CaFi-1.0-4,0, медненное железо-остальное. Такое соотношение компонентов шихты позволяет достичь максимального снижения усилия выталкивания (Рв) и даже исключить технологическую смазку из состава шихты. Исследованиями влияния дисперсности медненного порошка железа было установлено, что максимум физико-механических свойств достигается при размере частиц порошка медненного железа не более 50 мкм. Подвергая порошок медненного железа восстановительному отжигу перед прессованием, достигается существенное повышение прочностных харатеристик спеченного материала. Такой положительный эффект объясняется улучшением качества сращивания межчастичных контактов, т.е. обеспечением качественного сращивания частиц при спекании.

Исследования микроструктуры проводили на образцах трех составов, Mac.%:A-Sn-0,5, С-0,5, CaFj-2, медненное железо-остальное, Б-Sn-0,7, С-0,7, CaF:-4, медненное железо-остальное. B-Sn-1,0, С-1,0, CaF2-l,0. медненное железо-остальное. Из образцов этих составов под давлениями 400, 550, 700, 850 и 1000 МПа прессовали образцы и спекали в интервале температур 800+1100°С в среде эндогаза.

В микроструктуре сплава А, спеченного при 800°С, на фоне фер-ритной матрицы отчетливо прослеживались включения фтористого кальция. В структуре сплава А наблюдалось небольшое количество перлита. У сплавов Б и В. спеченных при 800°С. в структуре наблюдалось некоторое количество перлита, причем количество перлита закономерно увеличивалось с повышением содержания графита в шихте. Фторид кальция, обладая более высокой адгезионной способностью, чем графит, адсорбировался на поверхности металлических частиц и препятствовал диффузии углерода в железо через контактную поверхность. Кроме того, температура 800°С была низкой для протекания диффузии углерода в железо, которой препятствовало покрытие медью железных частиц. Фто-

рид кальция, экранируя поверхность частиц меди и железа, способствовал сохранению их в обособленном виде.

При увеличении температуры спекания до 950°С структура сплавов претерпевала значительные изменения. В структуре сплава А перлит преобладал над ферритом, сохранялись также включения фторида кальция. В отличие от сплава А у сплава Б, спеченного при температуре 950°С, в структуре практически отсутствовал феррит. Более отчетливо были видны включения фторида кальция. Структура сплава В была схожа со структурой сплава Б. Только включения фторида кальция почти оставались незаметными.

Увеличение температуры спекания сплавов до 1100°С способствовало гомогенизации структуры всех сплавов. Структура сплава А, спеченного при 1100°С, целиком состояла из перлита, очень небольшого количества феррита и включений фторида кальция, которые были равномерно распределены по объему сплава. Структура сплавов Б и В целиком состояла из мелкозернистого перлита, у сплава Б в отличие от сплава В в структуре более отчетливо прослеживались включения фторида кальция.

Характерной особенностью структуры всех сплавов была высокая степень однородности и отсутствие цементита, что является следствием нового приема легирования шихты медью. С помощью сканирующего электронного микроскопа исследовано количественное и качественное распределение элементов в изучаемом объеме сплава В. Установлено что в результате спекания при температуре 1100°С происходит полное растворение меди в железной матрице. Олово, СаБг а также незначительное количество свободного графита равномерно распределены в объеме сплава.

Зависимость прочности материала при растяжении (ств) от температуры спекания (Т) в диапазоне 800-П 100°С для сплава А имела неуклонно растущий характер. В случае сплава Б сохранялся аналогичный характер изменения ств от температуры спекания. Прочность при растяжении сплава Б, спеченного при температуре 1100°С, значительно превосходила прочность литой оловянистой бронзы БрОЮ.

Прочность сплава В с увеличением Т от 800 до 1100°С повышалась более резко. Наиболее интенсивное увеличение ств наблюдалось в интервале температур 950-г1100°С, что объяснялось значительной активизацией процесса спекания. По абсолютному значению прочность на разрыв сплава В (ств=425-440 МПа) была значительно выше, чем для сплавов А и Б, вследствие большего содержания в нём олова, графита и меньшего содержания СаБз.

Характер зависимости прочности при изгибе (сти)сплавов от температуры спекания был почти аналогичен такой же зависимости для стЕ. Отличие заключалось в характере кривых, которые имели более линейный характер. Максимальная прочность при изгибе для всех сплавов до-

стигалась при температуре спекания 1100°С. Сплав В имел большее значение о« по сравнению со сплавами А и Б, которое при температуре спекания Т=1100°С достигает значения о,, =602 МПа. Низкое значение сги сплавов А, Б обусловлено меньшим содержанием графита и большим содержанием фтористого кальция, который значительно снижает ои.

Уменьшение содержания СаИг и С, а также увеличение содержания олова в шихте способствовало повышению ударной вязкости сплавов. Сплав Б, имея высокое содержание СаИг и невысокое содержание олова в шихте отличался наименьшей ударной вязкостью после спекания при температуре 800°С. Повышение температуры спекания от 800 до 1100°С приводило к незначительному росту ударной вязкости. По абсолютному значению наибольшую ударную вязкость имели образцы из сплавов В и А, которая при температуре 1100°С составляла 71 и 95 кДЖ/м2 соответственно. Относительно невысокое значение ударной вязкости объясняется невысокой пластичностью сплавов и присутствием фторида кальция.

Наиболее высокая твердость образцов обеспечивалась при температуре спекания 1100°С. Сплав В превосходил остальные сплавы по твердости, что можно объяснить большим содержанием в нем графита. Сплавы, спеченные при температурах 800+950°С, имели существенно меньшую твердость, которая свидетельствует о незавершенности процессов поро- и структурообразования, тесно зависящих от растворения меди в железной матрице, а также удаления газов в результате химических реакций.

Исследование влияния давления прессования и температуры спекания на триботехнические характеристики спеченных образцов показало, что коэффициент трения образцов (0 мало зависит от давления прессования. Более значительно влияние давления прессования на интенсивность изнашивания образцов (I). Наименьший Г имели образцы состава 3 (^О,029-И),048) при нагрузке 2 МПа. С повышением нагрузки происходило увеличение Наибольшее значение I наблюдалось для образцов состава А, меньшие значения для образцов составов Б и В. Наиболее эффективное улучшение триботехнических характеристик образцов наблюдалось при увеличении давления прессования (Р) от 400 до 700 МПа. Увеличение температуры спекания образцов от 800 до 1100°С повышало их несущую способность, особенно это было заметно при испытаниях с приложением больших нагрузок. Несущая способность образцов из сплавов Б и В при трении со смазкой находилась в пределах 12-15 МПа. Сплав А обладал меньшей износостойкостью, хотя и содержал большее количество твердой смазки Ca.Fi.

В четвертой главе описаны результаты исследований по созданию антифрикционного материала на основе железа, содержащего меднен-ный графит и марганец. Порошок медненного графита вводили в шихту в количестве, 2+6 %. так как при введении менее 2 % эффект оказывается

недостаточным при содержании же медненного графита более 6 % происходит резкое снижение прочности материала. Марганец в шихту вводился в количестве 1+4% для предотвращения разупрочнения матрицы при большом содержании медненного графита. Введение марганца в шихту более 4,5% нецелесообразно, из-за окисленности порошка марганца что отрицательно сказывается на свойствах спеченных образцов. Состав исследуемых шихт, плотность и прочность на разрыв материалов, спеченных при различных температурах приведен в табл.1.

Основной объем исследований проводили для образцов, спеченных при 1100°С. В микроструктуре сплава, содержащего 4 % медненного графита, 1 % марганца, остальное - железо, спеченного при температуре 800°С, содержалось большое количество неметаллических включений, нерастворившейся меди. Повышение температуры спекания до 950°С не приводило к существенным изменениям в структуре сплавов, характеризующихся незавершенностью процессов перераспределения углерода в объеме сплава, диффузии меди в железо, восстановления оксидных пленок на поверхности исходных частиц. Более значительные изменения в структуре происходили с повышением температуры спекания до 1100°С. С увеличением содержания медненного графита в шихте в структуре сплавов происходило преобладание перлита над ферритом. Увеличение содержания медненного графита до 5% приводило к тому, что в структуре наблюдались лишь небольшие по размеру ферритные зерна. Дальнейшее увеличение, содержания медненного графита до 6 %, напротив характеризовалось большим присутствием феррита в структуре сплава. Это объясняется тем, что частицы меди, охватывая железные частицы тормозят процесс диффузии углерода в железо.

Увеличение содержания марганца в шихте от 3 до 4,5% приводило к формированию в структуре сплава оксидных включений, в основном по границам зерен. На наш взгляд, одной из причин отсутствия цементита в структуре сплавов является наличие марганца, так как часть углерода выгорала в результате восстановления оксидных пленок на поверхности частиц марганца. Структура сплавов, спеченных при 1100°С, характеризовалась полной диффузией меди в железо.

Прочностные характеристики исследовались на образцах, спеченных при 1100°С, так как образцы, спеченные при менее низких температурах показали очень низкие значения прочности на разрыв порядка сгв=30-70 МПа. Низкая прочность образцов, спеченных при температурах 800+950°С, объясняется невозможностью обеспечения нормального сращивания частиц, всдедствии большой их исходной окисленности. Для образцов же, спеченных при 1100°С наблюдалось значительное повышение прочностных характеристик. С повышением давления прессования наблюдалось увеличение ств, причем почти для всех сплавов эта зависимость носила линейный характер. Максимальная прочность на раз-рыв(ств=260 МПа) наблюдалась для образцов, содержащих 6 % медненно-

Таблица 1

Химический состав спеченных материалов

Номера составов Содержание компонентов, мас.% Температура спекания, °С Плотность спеченного материала, г/см3 Прочность спеченного материала на разрыв, МПа

Меднённый графит Марганец Железо

1 4,0 3,0 ост. 1100 6,58 230

2 2,0 3,0 (t 1100 6,54 145

3 4,0 1,0 1100 6,7 214

4 2,0 1,0 1100 6,8 257

5 4,0 3,0 и 800 6,75 36

6 2,0 3,0 к 800 6,8 35

7 4,0 1,0 800 6,67 30

8 2,0 1,0 800 6,90 32

9 3,0 2,0 950 6,7 68

10 4,0 3,5 U 1100 6,65 190

11 4,0 4,5 U 1100 6,50 120

12 5,0 4,0 U 1100 6,43 154

13 6,0 3,5 1100 6,42 221

14 6,0 4,5 и 1100 6,40 202

го графита и 3,5° о марганца, спрессованных под давлением 1000 МПа. Минимальное а„ было характерно для образцов, содержащих 4 °о мед-нённого графита и 4,5% марганца, спрессованных при давлении 1000 МПа. Увеличение содержания марганца в шихте отрицательно сказывалось на прочностных свойствах образцов.

Зависимость стн, от давления прессования характеризовалась большей интенсивностью увеличения сти при повышении давления от 400 до 700 МПа. У образцов, спрессованных под давлением 400 МПа, наибольшее значение наблюдалось при содержании медненного графита -6 %. марганца - 3,5 (0м =200 МПа), а наименьшее сгп=150 МПа при содержании медненного графита - 5°о. марганца - 4 %. У образцов, спрессованных при 700 МПа, максимальное значение а» наблюдалось при содержании медненного графита - 6 V марганца - 4,5° о (ст.. =ЗЗЗМПа) , а минимальное ам =283 МПа при содержании медненного графита-5%, марганца-4%. Последующее увеличение давления вплоть до 1000 МПа приводит лишь к незначительному повышению аи.

Образцы всех составов показали низкие значения ударной вязкости. что объясняется присутствием медненного графита в их составе, который существенно снижает ударную вязкость, выступая в структуре как неметаллические включения. Ударная вязкость образцов находилась на уровне КС=20-25 кДЖ/м2.

Твердость образцов увеличивалась с повышением содержания медненного графита и марганца в шихте. В диапазоне давлений прессования 400-^700 МПа её увеличение носило линейный характер. Максимальная твердость 1490 МПа наблюдалась при содержании медненного графита-6° о, марганца -4° о и давлении прессования 700 МПа. Минимальная твердость наблюдалась при содержании медненного графита 4-5%. марганца 3,5° о. Увеличение давления прессования в интервале 700-1000 МПа приводило к незначительном) снижению твердости образцов.

Исследование триботехнических характеристик показали, что наилучшие результаты достигаются для образцов, спеченных при 1100°С. Лучшие характеристики ] и Г наблюдаются при содержании медненного графита 4-6 %. марганца не более 3,5° о. Для образцов, спрессованных под давлением 700 МПа испытанных при сухом трении (нагрузка 2 МПа) наименьшее значение интенсивности изнашивания .1=9 мкм/км при Г = 0.15 наблюдалось при содержании медненного графита -4 %. марганца -3.5°о. При нагрузках 4-6 МПа происходила значительная интенсификация износа образцов, что было связано с их плохой теплопроводностью. Как при сухом трении, так и при трении со смазкой наиболее существенное улучшение свойств происходило при увеличении давления прессования от 400 до 700 МПа. При трении со смазкой несущая способность образцов возрастала до 8 МПа.

В пятой главе осуществлена отработка опытной технологии формования заготовки детали "рама" бытового кондиционера, выпус-

каемого НПО "Баккондиционер". на одноходовом гидравлическом прессе усилием 1000 тонн с использованием экспериментальной пресс-формы. оснащенной одним верхним и тремя нижними пуансонами. Использование последовательной поэтапной осадки сверху и снизу, имитирующей работу многоходового пресса с регулируемой скоростью движения пуансонов, позволило обеспечить формование бездефектных заготовок.

На основе выполненного анализа условий эксплуатации детали "рама" установлена целесообразность использования для её изготовления материала на основе медненного порошка железа, содержащего 1 "и графита, 1 °о олова, 1 °о фторида кальция, а также материала на основе порошка железа, содержащего 4 °о медненного графита и 3,5°о марганца. Для улучшения формуемости при минимальном ущербе для прочности в процессе прессования в шихту вводили 0,30 о стеарата цинка.

Партия порошковых рам была подвергнута промышленным испытаниям на износостойкость в течении 3000 ч. Результаты испытаний позволяют сделать вывод о том, что компрессоры, оснащенные порошковыми рамами, отвечают всем эксплуатационным требованиям, а рамы могут применяться в крупносерийном производстве бытовых кондиционеров.

Применение порошковых рам в производстве компрессоров позволяет получить годовой экономический эффект в размере 840 млн. манат.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впевые показана возможность получения спеченного порошкового материала на основе медненного порошка железа, содержащего олово, графит и фторид кальция, а также порошкового материала на основе железа, содержащего марганец и медненный графит. Установлены оптимальные технологические режимы получения спеченных материалов и изучена кинетика их структурообразования. Использование порошков медненного железа и твердых смазок, а так же порошков медненного графита позволяет производить холодное прессование с минимальным содержанием технологической смазки, вследствии чего достигаются сравнительно высокие физико-механические и триботехнические свойства спеченного материала.

2. Разработана шихта для получения спеченного порошкового материала на основе медненного порошка железа, содержащая порошки олова - (0,5-1.0) мас.%, графита (0,5-1,0) мас.%, фтористого кальция (1,04,0) мас.%. Состав обеспечивает равномерное распределение компонентов. Благодаря использованию порошка медненного железа достигается высокая однородность структуры спеченного материала .

3. Установлена взаимосвязь изменения физико-механических свойств и режимов холодного прессования материалов на основе медненного порошка железа. Выявлен механизм уплотнения шихты, содер-

жащей минимальное количество технологической смазки и особенности структурообразования в процессе спекания.

4. Определено, что в структуре материалов отсуствуют включения цементита, благодаря чему достигаются высокие прочностные и антифрикционные характеристики. Отсутствие включений цементита обусловлено графитизирующим действием медных пластинок при спекании, нанесенных на порошок железа и более высокой адгезионной способностью фторида кальция при прессовании, чем графит.

5. Показано, что образцы, независимо от содержания в них олова и графита наиболее высокую прочность приобретают при температурах спекания 950+1100 °С. Предварительный восстановительный отжиг порошка медненного железа способствует значительному повышению прочности спеченных образцов за счет протекания восстановительных процессов и взаимодействия меди и железа. Благодаря этому, спеченные образцы, имеющие общую пористость 12+19 %, по прочностным характеристикам не уступают материалам конструкционного назначения. Высокая прочность материала после спекания обуславливает повышение несущей способности при трении со смазкой, которая находится в пределах 2+15 МПа, а коэффициент трения на уровне 0,03+0,075.

6. Разработана шихта для получения спеченного порошкового материала на основе железа, содержащая (1.0-4,5) мае.0 о марганца, (2,06,0) мас.% медненного графита и 0,3 мас.% стеарата цинка. Использование медненного графита в шихте позволяет достичь высокой степени закрепленности твердой смазки (графита) в матрице. Обеспечивается надежное " защемление" графита кристаллами металлической матрицы.

7. Установлено, что образцы, спеченные при температурах 800+950 °С. имеет низкую прочность и плохие триботехнические характеристики, что является следствием незавершенности процесса спекания. Показано, что самая высокая прочность и наилучшие триботехнические характеристики материала достигаются при температуре спекания 1100°С.

8. Увеличение содержания марганца в шихте от 3,5 до 4.5 мас.% приводит к снижению прочностных и триботехнических свойств. Наиболее высокие значения прочности спеченных образцов наблюдаются при содержании марганца в шихте 3,5 мае.0о, медненного графита 6 мае."о, а наилучшие триботехнические характеристики - при содержании в шихте 3,5 мае.0 о. марганца, 4,0+6,0 мас.% медненного графита. В условиях трения со смазкой материал обладает высокими триботехническими характеристиками. Несушая способность материала находится в пределах 4-16 МПам/с, при сухом трении несушая способность снижается до 4+8 МПа м/с вследствии наличия пористости и плохой теплопроводности материала.

9. Осуществлена отработка опытной технологии формования заготовки особо сложной конфигурации детали "рама" компрессора быто-

вого кондиционера, выпускаемого НПО "Баккондиционер" на однохо-довом гидравлическом прессе усилием 1000 тонн с использованием экспериментальной пресс-формы, оснащенной одним верхним и тремя нижними пуансонами. Показано, что применение последовательной поэтапной осадки сверху и снизу, имитирующей работу многоходового пресса с регулируемой скоростью движения пуансонов, позволяет обеспечить получение бездефектных заготовок, избежав "перетекания" материала в переходных зонах.

10. Разработана технология изготовления порошковой детали "рама" на многоходовых прессах в условиях Кировского завода порошковой металлургии и НПО "Баккондиционер". реализация которой позволит получить годовой экономический эффект 840 млн. манат при выпуске 400 тыс. штук в год.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Намазов С.Н. , Мамедов В.А., Иманова P.A. Некоторые аспекты спекания порошковых материалов, получаемых из порошков различных расплавов. Ученые записки №1 АзТУ.-Баку.-1994.-е.30-33.

2. Бабаев С.Г., Мамедов В.А. Взаимосвязь дисперсности железного порошка и свойств порошковой железобронзы. "Ученые записки", Аз-ГНА.-1995. №4. -с62-68.

3. Бабаев С.Г.. Мамедов В.А. Влияние восстановительного отжига медненного железного порошка на свойства спеченного материала типа "Железобронза". "Ученые записки". АзГНА.-1996, №1.-с.54-58.

4. Намазов С.Н. , Мамедов В.А. Особенности получения и свойства антифрикционных порошковых тройных Fe-Si-T сплавов. - Тезисы докладов Республиканской научно- технической конференции "Трибо-технические проблемы нефтяного оборудования ". - Баку. - 1996. -с.32-33.

5. Бабаев С.Г., Мамедов В.А. Триботехнические характеристики порошковой железобронзы. -Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции "Триботехнические проблемы нефтяного оборудования ". -Баку. -1996.-е. 23.

6. Оналла А.И., Мамедов В.А. К вопросу механической обрабатываемости порошковых материалов на основе железа. "Ученые записки" АзГНА,- 1996 . №3. с.77-82.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД, ВНЕСЕННЫЙ СОИСКАТЕЛЕМ.

Работу 1,4- постановка задачи исследований.

В работах 2, 3, 5 - проведение экспериментальных исследований, обработка данных и анализ полученных результатов.

Работа 6 принадлежит соавторам в равной степени.

X У Л А С Э

Диссертаауа иши килфви вэ eлeктpoкимjoвIl лекирлэмэ усУллаРла алынан конструкси]а вэ антифрикауа тэ\)инатлы овунту материалларын тэртибинэ 1юср едилмишдир.

Диссертааца ишинин мэгсэдн мислэнмиш дэмир вэ графит овун-туларындан алынан антифрикауа тэ^инатлы овунту материалларын структур вэ хассэлэришш формалашмасыныи гаиуна у)гунлугуну тэ']ин етмэкдир.

Диссертаауа иши кириш, 5 фэсил, умуми нэтичэлэр, истифадэ олун-муш эдэб1щатларын ацаИысы вэ элавэлэрдэн ибарэтдир.

Кнришда ишин мэгсэдн кестэрилмиш, мевзунун актуаллыгы вэ тэд-гигатларын вачибли]и эсасландырылмышдыр.

Еирш1ыи_фэсшша мевчуд эдэб1щатын критик хуласэси верилмиш вэ тэдгигат мэсэлэлэри гсуулмушдур.

И кн н_ч и __фо с и л до тэчруби тэдгигатларын методикасы шорЬ едил-мишдир.

Учунчу фосилло мислэнмиш дэмир эсаслы суртэнмэ]э давамлы конструкауа тэ^инатлы овунту материалларынын нэзэри вэ експериментал тэдгигатлары вэ онларын нэтичэлэри шэрЬ едилмишдир.

Дера у) 14 V- фэсилдо антифрикауа то^инатлы тэркибиндэ мислэнмиш графит вэ манган олан дэмир эсаслы овунту материалын алынма технолошцасы вэ структуру тэдгиг едилмишдир.

Ееидшыл—фасшща тэртиб елилмиш материаллардан мэишэт кон-дисионерлэринин компрессорунун "чэрчивэ" деталынын Ьазырланма технолошуасынын ишлэнмэси, Ьабелэ Ьазырланмыш деталларын истеЬсалат сынагларынын нэтичэлэри шэрИ едилмишдир.

SUMMARY

The dissertation work is dedicated to elaboration of iron-base powder materials for conctruction and antifriction purposes prodused by chemical and electrochemical alloy methods.

The purpose of dissertation work is establishment regularity of forming of structure and properties of powder materials for antifriction purposes prodused from coppered iron and coppered graphite powders.

The dissertation work is consisted from preface, 5 chapthers, commontly results, list of using literatures and additions.

In the preface is given actuality of theme and importance of investigations.

In the first chapter is given conclusion of existing literature.

In the second chapter is explaining of experimental investigation methods.

In the third chapter is explaining the results of theoretical and experimental investigations for to elaboration of coppered-iron-base antifriction powder material.

In the fourth chapter is given the results of elaboration of technology of produce iron-base powder antifriction material contained coppered graphite and marganese.

In the fifth chapter the elaboration of technology of production details for compressor and the manufacturing tests were explained.