Порошковая металлургия

Рассмотрены основные способы получения металлических порошков, а также процессы, способы и оборудование для смешивания, формования и спекания порошков.

Приведены теоретические сведения о процессах плазменного получения покрытий, описание вакуумного и плазменного оборудования, применяемого для получения наноструктурированных покрытий, отечественного и зарубежного производства, технологические характеристики оборудования.

Рассмотрены основы получения порошковых материалов и способы их переработки, вопросы технологического горения, импульсных воздействий на материал и изделия энергией взрыва. Предложены методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Технология материалов и покрытий».

The guide consists of six parts and contains a brief overview of historical aspects of sintering, powder fabrication and characterization methods, powder shaping and compaction processes, and the basics of solid state and liquid phase sintering. The guide also contains a description of advanced sintering methods and sintering processes found in additive manufacturing. Classical and novel materials obtainable by sintering are described. Current trends in the development of sintering science are discussed. Each part of the guide is followed by control questions. Problems with solutions are offered to help the student solve problems encountered in real research and industrial sintering practice. Problems for self-study are also provided, many of which were designed by the author based on her own research experience. Topics for self-study are provided and can be used for students’ presentations at seminars.

Изложены основы технологии изготовления ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе (РПДТ). Приведена классификация характеристик режимов работы отдельных агрегатов и РПДТ в целом, а также действующих на них силовых и тепловых нагрузок, обусловливающих выбор функциональных конструкционных материалов. Представлены данные о физико-механических и теплофизических свойствах металлических и композиционных конструкционных материалов, используемых при изготовлении элементов конструкции РПДТ. Рассмотрены основные технологические процессы и операции формообразования деталей, в том числе инновационные, и показаны примеры внедрения в конструирование и технологию изготовления РПДТ систем автоматизированного проектирования. В учебном пособии использованы материалы научно-исследовательских работ, выполняемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, ИПХФ РАН, а также данные зарубежных научных периодических изданий.

Представлены материалы для выполнения четырех лабораторных работ практикума «Технология получения порошковых материалов», посвященных технологиям получения порошковых материалов: управлению формой и размером исходных порошков, оценке гранулометрического состава, а также исследованию свойств спеченных порошковых заготовок.

Практикум включает четыре лабораторные работы, посвященные технологиям получения порошковых материалов: управлению формой и размером исходных порошков, оценке гранулометрического состава, а также исследованию свойств спеченных порошковых заготовок. Рассмотрены стандартные методы исследования и типовое оборудование.

Изложены основные вопросы, связанные с производством порошковых материалов и изделий. Рассмотрены методы получения и свойства металлических порошков, процессы формирования и спекания заготовок, основные области применения и свойства порошковых изделий.

Рассматриваются вопросы улучшения структуры и механических свойств материалов, подвергнутых высокоэнергетическому воздействию, с обеспечением расплавления их локальных объемов. Большое внимание уделено проблеме конструктивной прочности сварных швов и наплавки покрытий из порошковых материалов.

.

Представлен анализ известных и новых конструкций пресс-форм, разработанных в ЮУрГУ и предназначенных для прессования порошков в основном тугоплавких металлов и порошковых композиций на основе углерода и керамики

Предложены основная концепция и технологический регламент прессования структурно-неоднородных плотноупакованных механических смесей из увлажненного металлического порошка при внешнем температурном воздействии

Синтезированы и исследованы магнитные наночастицы Fe3O4 на водной основе, стабилизированные олеиновой кислотой и маннитолом. Наночастицы получали покапельным введением водного раствора солей железа(II) и (III) в водный раствор аммиака. В качестве источников ионов железа были взяты двойные соли железа: железоаммонийные квасцы и соль Мора

Промышленно выпускаемые порошки SIC и опытно изготавливаемые игольчатые кристаллы муллита являются доступными для получения износостойких композитов с алюминиевой матрицей в производственных условиях. Методами горячей экструзии смесей порошков алюминиевых сплавов и керамических частиц или путем изготовления порошковых гранул Al-SiC получены композиты с повышенной прочностью и износостойкостью. Жидкофазная технология вакуум-компрессионной пропитки биоморфных преформ из карбида кремния позволяет использовать продукты переработки отходов растительного сырья, в частности, сосновую стружку для повышения свойств композитов с алюминиевой матрицей

Рассмотрен магнитно-мягкий композиционный материал с различным содержанием диэлектрика. В качестве диэлектрической прослойки использовали высокомодульный водный раствор силиката Na, а также силикагель, представляющий собой несодержащий натрия высокомодульный водный раствор силиката. Показано влияние концентрации диэлектрика на процесс уплотнения холоднопрессованных образцов и магнитные характеристики композиционного материала. Сделан вывод о положительном влиянии силикатов на процесс уплотнения порошковых магнитно-мягких материалов, особенно на первом (структурном) этапе прессования. Использование безнатриевых силикатов в качестве прослоек позволяет уменьшить магнитные потери на 35 – 50 % при незначительном снижении магнитной проницаемости

Экспериментально подтверждена адекватность уравнения, описывающего кинетику диффузионного залечивания субмикропор в зоне сращивания порошкового материала. Изучена морфология структуры зоны сращивания на субмикроуровне, определена продолжительность диффузионного залечивания субмикропоры методом локальной Оже-электронной спектроскопии, исследовано распределение ионов азота и кислорода в области субмикропоры. Показано, что расчетный коэффициент самодиффузии Feγ и определенный из литературных источников имеют один порядок. Предложенное уравнение может быть использовано на стадии технологической подготовки производства порошковых горячедеформированных и спеченных изделий для расчета продолжительности спекания или преддеформационного нагрева в зависимости от прогнозируемой структуры материала в зоне сращивания

Представлена эмпирическая модель, которая основана на закономерностях процесса тонкого измельчения ферромагнитных материалов в бильной мельнице в магнитоожиженном слое. Построение модели базируется на экспериментальных исследованиях гранулометрического состава исходных дисперсных материалов и продуктов помола. Получено математическое уравнение интегрального распределения частиц порошка по размерам, которое позволяет аналитически определять оптимальные режимы измельчения для получения заданного гранулометрического состава порошка в зависимости от основных параметров помола в магнитоожиженном слое, учитывающее крупность исходного материала, время измельчения и градиент индукции переменного магнитного поля. На конкретных примерах представлены принципы расчета параметров уравнения. Показано, что результаты аналитического расчета и экспериментов достаточно хорошо совпадают

Содержатся оригинальные результаты исследования порошковых горячештампованных биметаллов железографит-карбидосталь, расширяющие технологические возможности получения многослойных формовок с вертикальным расположением разнородных слоев с заданными относительными плотностями наружного и внутреннего слоев без искривления и «размывания» переходного слоя

Рассмотрено диффузионное залечивание субмикропор в зоне сращивания порошкового материала. Составлено уравнение, описывающее кинематику этого процесса. Решение уравнения позволяет при известной продолжительности залечиваниЯ субмикропоры определить скорость самодиффузии атомов основы материала

Представлены результаты исследований по формированию структуры и свойств низколегированных материалов из распыленных порошков и смеси порошков компонентов при их получении спеканием, горячей штамповкой и последующей термической и химико-термической обработкой

Установлены зависимости влияния времени механической активации в жидких средах и состава порошковых шихт Ni – Fe – NaCl на средний размер частиц, процессы диспергирования – агломерации, процессы уплотнения при прессовании формовок и спекании заготовок, а также формирование структуры высокопористых порошковых материалов (ВПМ). Проведена оптимизация технологических параметров и разработана технология изготовления ВПМ на основе Ni

Рассмотрены триботехнические свойства порошковых пористых подшипников и особенности массопереноса в парах трения пористые порошковые подшипники – компактная сталь, работающих при реверсивном движении с невысокими скоростями в условиях граничной смазки. Предложена гипотеза модели массопереноса атомов железа с поверхности микрочастиц износа на поверхность стального вала на основе теории ван-дер-ваальсовых сил, объясняющая повышенную износостойкость пористых порошковых подшипников

Рассматривался процесс формирования диффузионного слоя при жидкофазном хромировании с нагревом ТВЧ порошковых сталей. Показано, что кинетика процесса хромирования в значительной степени обусловлена особенностями структуры порошковых материалов. Установлено, что предложенный способ хромирования с учетом свойств порошковых материалов позволяет значительно уменьшить время и энергозатраты процесса

Описан способ модификации поверхности стальных деталей жидкостным низкотемпературным борированием, позволяющий повысить их твердость, износостойкость, коррозионную стойкость и, как следствие, эксплуатационные свойства изделий. Доказано наличие сплошного слоя боридов железа на стали после борирования и указан фазовый состав слоя. Отмечено, что дальнейшее повышение свойств борированной поверхности стали возможно применением поверхностной закалки токами высокой частоты либо обработкой в магнитном поле

Составлены уравнения диффузии при спекании пористых гетерогенных систем при неизотермическом процессе нагрева. Показано принципиальное отличие в характере диффузионных процессов на первой и второй стадиях спекания, а также установлены математические зависимости, описывающие кинетику диффузии. Рассмотрен метод определения коэффициента поверхностной диффузии в процессе изотермического и неизотермического спекания. На основе экспериментальных данных рассчитаны коэффициенты поверхностной диффузии для каждой стадии спекания

Рассмотрены порошковые стали, легированные висмутом. Приведены их технологические свойства, такие как обрабатываемость резанием, особенности получения и структурообразования

Рассмотрен порошковый конструкционный материал на основе железа, легированный свинцом. Приведены его технологические свойства, такие как обрабатываемость резанием, особенности его получения и структурообразования

Проведен анализ известных выражений для определения времени гомогенизирующего спекания. Предложен и обоснован метод сокращения времени гомогенизирущего спекания за счет обеспечения одновременного растворения частиц порошков поликомпонентной шихты

Рассмотрена технология изготовления магнитопроводов электрических машин из разработанного магнитно-мягкого композиционного материала. В лабораторных условиях проведены испытания данного магнитопровода и представлены его магнитные характеристики. Сделан вывод о возможности использования разработанного материала для производства магнитопроводов электрических машин малой мощности, работающих в переменных полях

Исследовано влияние времени размола (1,8–14,4 кс) и концентрации ферротитана (0-6 % по массе) в шихте на гранулометрический состав измельченной стружки Д-16. Показано, что увеличение концентрации ферротитана в шихте и времени размола увеличивает количество порошка с размером менее 63 мкм. Построены 3D Spline модели влияния концентрации ферротитана и времени размола на выход фракции менее 630 мкм и менее 63 мкм. Установлена бимодальная зависимость распределения частиц по размерам. Оптимизировано содержание ферротитана и времени размола, обеспечивающие максимальный выход фракций, размером -63 мкм.

Исследовано влияние давления холодного прессования на процессы уплотнения порошковых материалов при формовании заготовок и деформации при горячей штамповке. Выявлены оптимальные значения давления холодного прессования, обеспечивающие получение горячедеформированного порошкового материала с повышенными механическими свойствами. Установлена связь между коэффициентом пропорциональности и давлением холодного прессования

Рассмотрен магнитно-мягкий композиционный материал. В лабораторных условиях проведены исследования и представлены его магнитные характеристики в зависимости от концентрации диэлектрика и температуры термообработки. Методом математического планирования эксперимента получены математические модели, а также построен обобщенный параметр оптимизации

Представлены результаты исследования влияния содержания никеля на закономерности диспергирования–агломерации в процессе обработки порошковых шихт в высокоэнергетической мельнице, уплотнение при формовании, спекании и инфильтрации расплавом бронзы порошковых основ Fe–Ni

Рассмотрена микроструктура магнитно-мягкого композиционного материала. На растровом микроскопе проведены исследования микроструктуры и химический анализ данного материала. Результаты исследований подтвердили наличие диэлектрического изоляционного покрытия на поверхности частиц железа, позволили вычислить толщину данного покрытия, показали отсутствие химического взаимодействия диэлектрического покрытия с железом, а также подтвердили положительное действие термообработки на увеличение прочности покрытия

Представлены оригинальные результаты исследования, расширяющие технологические возможности получения многослойных формовок с вертикальным расположением разнородных слоев и различной их плотностью в насыпном, холоднопрессованном, спеченном состоянии, что обеспечивает их дифференцированное уплотнение и получение равновысокой заготовки с заданными относительными плотностями наружного и внутреннего слоев без искривления и «размывания» переходного слоя

Рассмотрен магнитно-мягкий композиционный материал. В лабораторных условиях проведены исследования и представлены его магнитные характеристики в зависимости от концентрации диэлектрика и температуры термообработки. Сделан вывод о возможности использования разработанного материала для производства магнитопроводов электрических машин малой мощности, работающих в переменных полях

Предложен алгоритм выбора оптимальных технологических режимов получения горячедеформированных порошковых материалов (ГДПМ), обеспечивающих высокую эксплуатационную надёжность деталей из них. Сформулированы задачи технологической подготовки производства ГДПМ, а также рекомендовано использование перспективного программного обеспечения, позволяющего разрабатывать конструкцию пористой порошковой заготовки с учётом особенностей статистического и динамического прессования и значения исходной пористости. Выявлены наиболее благоприятные условия сращивания, при которых движущая сила миграции незначительно превышает интегральную силу торможения

Представлены результаты исследования влияния содержания никеля на твердость и пористость инфильтрованных бронзой порошковых материалов железо–никель. Проведена многокритериальная оптимизация технологических параметров инфильтрации, обеспечивающая повышенный комплекс механических свойств псевдосплавов железо–никель–бронза. Введение 2 – 4 % по массе никеля в шихту на основе восстановленного порошка железа (ПЖВ 3.160.26) обеспечивает снижение пористости инфильтрованного материала, повышение твердости поверхностных слоев и усадки порошковой формовки в процессе инфильтрации, совмещенной со спеканием

Рассмотрена возможность совершенствования герметизирующего устройства в сопряжении ведущий вал – лабиринтная втулка гидромеханической передачи автобусов фирмы ЛиАЗ за счет использования пористых порошковых разъемных полуколец взамен пружинных чугунных, используемых в настоящее время. При монтаже полукольца устанавливались без зазоров в стыках с натягом во втулке и по торцовым поверхностям канавок, устраняемом в результате приработки, после которой уплотнительные элементы будут находиться в бесконтактном сопряжении. Сравнительные стендовые и ходовые испытания показали, что надежность и износостойкость предложенной конструкции герметизирующего устройства выше, чем при использовании старой конструкции с чугунными пружинными кольцами

Проведено исследование и дан сравнительный анализ наиболее эффективных методов упрочнения поверхностного слоя деталей машин по нескольким основным показателям. Проанализировано качество получаемого поверхностного слоя деталей малой жесткости методами поверхностного пластического деформирования

Проведен анализ процессов формирования поверхностного слоя маложестких дисков ГДТ по нескольким основным показателям. Проанализировано качество получаемого поверхностного слоя деталей малой жесткости с учетом влияния технологической наследственности

На базе алгоритмов непрерывного вейвлет-преобразования (НВП) интегрального распределения освещенности в теневом изображении предложена методика диагностики состояния системы технического зрения. Анализ коэффициентов НВП позволяет определить контраст изображения и расфокусировку оптической системы.

Рассмотрено устройство для помола ферромагнитных порошков, режимы его работы и результаты экспериментальных исследований, произведенных с порошком SmCo5

Свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ) определяются не только составом компаундов, но и технологическими условиями формирования внутренней структуры материалов. Способ центробежного формирования позволяет получать антифрикционные материалы с положительным градиентом механических свойств, обеспечивающим долговечность деталей узлов трения машин

Проведено теоретическое исследование алгоритмов вейвлет-преобразования для измерительной системы технического зрения в условиях механической нестабильности объекта контроля. На базе анализа кривых коэффициентов предложен метод определения параметров вибрации. Показана возможность путем анализа максимумов коэффициентов непрерывного вейвлетпреобразования реализовать систему комплексного контроля технологического процесса. Приведены данные экспериментальных исследований. Показано, что точность определения амплитуды вибрации может составлять 0,05 мкм

Проведено теоретическое исследование различных алгоритмов вейвлет-преобразования распределения освещенности в теневом изображении для измерительной системы технического зрения, построенных на базе компьютерных технологий при различном профиле распределения освещенности в теневом изображении. Рассмотрены алгоритмы непрерывного вейвлет-преобразования (НВП) для различных типов вейвлетов. Показана возможность повышения точности измерения линейных размеров для сильно размытых границ изображений

В статье обсуждается применение вязаных и вязано-паяных проволочных сеток для молниезащиты полимерных композиционных материалов. Сетки используются в качестве поверхностных слоев конструкционных углепластиков, которые нашли применение в авиации и ветроэнергетике. Представлены структура и строение медных вязаных и вязано-паяных сеток, и возможность варьирования их характеристиками для применения в технике

Рассмотрены основные положения дисциплины «Порошковая металлургия», а также теоретические аспекты процесса и технология изготовления материалов и изделий. Издание предназначено для проведения лекционных занятий по дисциплине «Порошковая металлургия».

Предложена технология получения порошкового железа из отходов переработки руд черных и цветных металлов с использованием новых технологий и современной высокоэффективной аппаратуры. Использование новых технологий и аппаратуры позволит значительно расширить сырьевую базу черных металлов, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Приведена принципиальная схема устройства нового автоклава (геоавтоклава) и принцип его работы.

Рассмотрены основные методы компактирования и консолидации порошковых наноматериалов для получения из них изделий. В большей части внимание уделено объемным наноструктурным материалам и изготовленным на их основе керамическим изделиям конструкционного и функционального назначения. Подробно изложены метод УЗ-компактирования порошков, коллекторный метод прессования, приведены конструкции коллекторных пресс-форм для производства порошковых изделий различной геометрической формы. Проанализированы характеристики напряженно-деформированного состояния и реологические свойства уплотняемого порошкового материала, определяющие качество изделий.