Порошковая металлургия и композиционные материалы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Computer modeling of hot isostatic pressing process of porous blank
Статья научная
Existing mathematical models for the process of HIP porous blanks are based on the solution of approximately differential equations of the equilibrium of quasi-continuous medium. The continual approach is used for computer modeling of the compressible body HIP process. Partial differential equations of motion for a quasi-continuous packing medium and physical equations for a viscous-plastic isotropic porous material subjected to work hardening are taken as the basis for the mathematical model by means of these simultaneous equations. Besides the equations of motion and the rheological equation, the equation of continuity deformation and the equation of heat flow are used. Numerical calculations for additional packing of a high-speed steel powder billet preliminary pressed in the hydrostat are performed. Numerical calculation of the problem for hardening the cylindrical high-speed steel billet with a mild steel shell is done using Lagrange’s method by means of the difference scheme of continuous calculation of the Wilkins’ type. Computer modeling allows to control the process of hardening and changing the form of a porous body during the HIP process.
Бесплатно
Properties of tungsten wire in powder metallurgical processing with ultrafine powder
Статья научная
The paper presents the results of the investigation of properties of the tungsten wire obtained from powders with particle sizes from 1 to 5 μm with the addition of ultrafine powders with particle sizes of less than 0.5 μm produced by the reduction of hydrogen plasma at a high temperature. Different compositions of mixtures were studied and a new optimal composition was developed. Methods of its compressing and presintering of bars were also developed. The results showed that mechanical and performance properties of the wire with a new composition have higher stability compared to the properties of the wire obtained by the standard technology. They allowed: - to lower the creep for the wire with the diameter of 1250 μm, - to achieve a stapel structure for the wire with the diameter of 650-1450 μm; - to improve the spiralability of the wire; - to increase the good-to-bad yield to 3.79 % for the wire with the diameter of 120 μm.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ изготовления капиллярно-испарительного патрона (КИП) из мелкодисперсного порошка меди марки ПМС-1 методом порошковой металлургии с использованием пресс-форм. Целью данного исследования является подбор конструкции и режимов изготовления КИП из мелкодисперсного порошка меди марки ПМС-1 методом порошковой металлургии, обеспечивающим высокие технические характеристики. Исследовано влияние засыпки активированным углем, а также влияние наполнения медного порошка частицами мочевины на капиллярную структуру изделий. Для получения КИП было изготовлено несколько вариантов пресс-форм, обеспечивающих точное изготовление пористых фитилей способом порошковой металлургии. Оптимальной температурой спекания медного порошка, обеспечивающей достаточную механическую прочность, теплопроводность КИП, оптимальную пористость его структуры, придающей ему свойства капиллярного насоса и парообразователя, является 840-850 °С. На примере испарения воды и спирта при нагреве фитиля определена толщина КИП в пределах 2,5-3,0 мм. Выбор медного порошка ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) в качестве материала КИП является наиболее подходящим. Смачиваемость медного фитиля зависит от его капиллярности, степени очистки его перед сборкой и от давления. В вакууме медный фитиль смачивается значительно интенсивней. Использование смеси из порошков меди и мочевины (не более 5 об. %) в качестве исходного материала для спекания в пресс-форме имеет преимущества в виде увеличения пористости КИП, упрощения извлечения заготовок фитилей из пресс-форм, а также снижения окисления. Рекомендованы условия для увеличения пористости структуры, упрощения съёма заготовок фитилей из пресс-форм и снижения окисления. Результаты исследования данных фитилей могут применяться при разработке конструкций термосифонов и тепловых труб.
Бесплатно
Статья научная
Для процесса высокоэнергетического прессования графитопластовой композиции и определения давления рассмотрено взаимодействие частиц смеси между собой, а также их влияние на процесс уплотнения. Выявлены закономерности и построены эпюры кантатного взаимодействия, определены величины внешнего усилия, действующего по всей контактной поверхности. Рассмотрены изменения удельных усилий, действующих на поверхностях контакта между твердой и мягкой составляющими композиции в процессе прессования. Проанализированы известные методы оценки давления при прессовании, выявлены их недостатки для предлагаемой композиции «графит + смола». Выстроена методика моделирования процесса прессования согласно реологическим особенностям материала композиции. Определены методы решения задачи по заполнению мягкой составляющей пространства между твердыми компонентами смеси. Заданы схемы возможного уплотнения частиц смеси и выведены уравнения, позволяющие определить необходимое давление для графитопластовой композиции с разной компоновкой. Представлена схема формирования контактной поверхности при внедрении твердой в мягкую составляющую композиции. Выявлены основные факторы и установлены коэффициенты, влияющие на процесс уплотнения. Смоделирован процесс прессования графитопластовой композиции с использованием методов теории пластичности. Для решения объемной задачи применен метод суперпозиции процессов в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Процесс прессования графитопластовой композиции условно разделен на два этапа. Определены допущения, которые заключаются в аппроксимации реальной формы контактирующих поверхностей упрощенными геометрическими формами: шаровой, цилиндрической, гиперболической, гиперболоидом вращения, параболической, эллиптической и др. Получены математические зависимости для определения давления, реализуемого при внедрении твердой составляющей в мягкую и при заполнении пространства между твердыми составляющими мягкой. Дана оценка энергоемкости высокоэнергетического процесса прессования графитопластовой композиции.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ научной литературы, рассмотрены основные механизмы износа пресс-форм для холодного прессования порошков и представлены прогрессивные способы упрочнения рабочего инструмента для прессования труднодеформируемых композиционных материалов. На основе литературного обзора отечественной и зарубежной научной литературы и экспериментальных данных, полученных в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, предложены детонационное напыление и холодное газодинамическое напыление покрытий как способы повышения износостойкости и прочности пресс-форм. Кроме того, приведен технологический процесс детонационного напыления покрытия при помощи разработанного в России автоматизированного комплекса CCDS2000, а также представлено сравнение холодного газодинамического напыления с другими известными способами нанесения покрытий. Авторы раскрывают основную проблему нанесения покрытий детонационным и холодным газодинамическим методами на рабочий инструмент для прессования порошковых материалов, а также главные факторы, от которых зависят качественные характеристики покрытия. Затронутая тема актуальна для науки и многих отраслей промышленности, так как повышение износостойкости, прочности и срока службы инструментальной оснастки позволяет сократить расходы предприятия и снизить время на обслуживание технологического оборудования.
Бесплатно
Реология графитопластовых композиционных материалов
Статья научная
Реологические методы решения технологических задач нашли свое применение в металлургии, в производстве полимеров, строительных и других материалов уже в середине прошлого века. В основе методов лежат зависимости между напряжениями и деформациями или скоростями деформаций в процессах нагружения материалов. Большое значение для понимания особенностей структурно-механических свойств порошковых графитопластовых композиционных материалов имело обстоятельное изучение различных пластичных систем, проведенное в смежных отраслях техники. Широкое развитие получила реология, которая занимается изучением деформаций и течения дисперсных систем, к которым, в частности, относятся порошковые графитопластовые композиционные материалы. Без использования методов реологии невозможно оценить структурно-механические свойства порошков графитопластов, которые в связи с этим часто называют реологическими свойствами. В настоящее время в результате многочисленных исследований советских и зарубежных ученых созданы четкие представления о структурно-механических свойствах порошков графитопластов и разработаны научно обоснованные методы их исследования. К сожалению, до настоящего времени в отечественной технической литературе отсутствуют сведения о реологии композиционных материалов на основе углерода. В статье представлены результаты изучения реологии графитопластовых композиционных материалов.
Бесплатно
Тонкая структура кокса из каменноугольного пека, окисленного на поверхности пенографита
Статья научная
Приведены результаты исследования тонкой структуры кокса, полученного на основе каменноугольного пека, окисленного в тонких слоях на поверхности стенок пузырьков пенографита. Смесь пека и пенографита (8 %) после окисления размалывали и из полученного порошка прессовали заготовки, которые при обжиге набрали плотность 1,5 г/см3 за счет усадки. Толщина стенок пузырьков пенографита составляет 5 нм, толщина слоев пекового кокса между стенками пузырьков в материале заготовок на порядок больше. Тонкую структуру кокса исследовали методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Пики линий 002 - узкий для пенографита и широкий для обожженного кокса - характеризуют структуру материала как двухфазную, наблюдается уширение линии 002 кокса в сторону малых углов. Структура кокса в составе обожженных заготовок образована единичными графитоподобными слоями ограниченного размера. Единичные слои искривлены и образуют замкнутые полидисперсные фуллереноподобные и глобулярные структуры с размером глобул до 20 нм. Слои пекового кокса спекаются со стенками пузырьков пенографита без растрескивания. На поверхности стенок пузырьков пенографита обнаружены последовательности из многослойных луковичных структур размером до 5 нм. Предложен механизм деструкции окисленного пека при образовании глобулярных неграфитируемых структур. В процессе коксования ароматические молекулы из соседних слоев соединяются углерод-углеродными химическими связями в изогнутые графитоподобные слои. Искривления синтезируемых вблизи стенок графитоподобных слоев возможны в направлении от стенок пузырьков, что способствуют образованию луковичных структур.
Бесплатно
