Закономірності зміни міжчастинкових контактів в процесі технологічної переробки порошку титану

Ключевые слова: частица, порошок титана, межчастичний контакт, прочность пресовки, прессование порошка, прокатка порошка.

АНОТАЦІЯ

Назаренко В.А. Закономірності зміни міжчастинкових контактів в процесі технологічної переробки порошку титану.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.06 - Порошкова металургія та композиційні матеріали.- Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Н. Францевича НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена вирішенню важливого науково-технічного завдання порошкової металургії - розробці технологічних режимів виготовлення виробів з порошку титану за результатами дослідження зміни міжчастинкових контактів шляхом комплексної оцінки фізико-механічних властивостей виробів.

Проведено аналіз процеса ущільнення титанових зразків при холодному пресуванні і вивчення механічних властивостей пористих титанових зразків, отриманих методом холодного пресування. Вперше встановлено, що залежності механічних властивостей неспечених пресовок від пористості істотно сильніші, ніж ці залежності для спечених пресовок. У той же час показана наявність слабкої залежності пластичності від пористості неспечених пресовок.

Розроблено методики комплексної оцінки властивостей міжчастинкових контактів шляхом розрахунків безрозмірних коеффіцієнтів К_?, К_Е , К_е і побудова, за ними залежностей якості контакту від температури спікання. Ця методика дозволяє порівнювати умови формування контакту в залежності від структури матеріалу, спираючись на його електричні, міцністні та пластичні характеристики, а також порівнювати умови формування електричного, механічного і фізичного контактів у пресовках між собою і аналізувати властивості контактів.

Вперше показано, що формування електричного контакту (який фіксується за зменшенням електричного опору) у титанових пресовках відбувається при температурах на 50 - 100 ⁰С нижче, ніж механічного (який фіксується за збільшенням модуля пружності). Фізичний контакт формується при значно вищих температурах. Формування фізичного контакту означає перехід руйнування від міжчастинкового до транскристаллітного і зникненню за цих температур старих міжчастинкових границь у результаті їх перекристалізації. Встановлено, що мірою схоплювання на міжчасткових контактах є пластичні характеристики матеріалу.

Відпрацьовано технологію виготовлення титанових зразків методом імпульсного гарячого пресування у вакуумі. Вивчено процеси структуроутворення і формування електричного, механічного і фізичного контактів при ІГП. Вперше встановлено, що електричний, механічний і фізичний контакти в ІГП порошковому титані формуються значно раніше, ніж при спіканні. Встановлені оптимальні режими ІГП: Тдеф = 950 ^оС, початкова пористість вихідних пресовок 20 %. За цих режимів деформації отримані заготовки з порошкового титану, властивості яких не поступаються властивостям технічно чистого титану, отриманого за традиційною технологією.

Проведено аналіз впливу технологічних параметрів на структуру і властивості титанової стрічки, отриманої прокаткою титанового порошку. Запропонована технологічна схема виготовлення компактної стрічки з порошку титану методом прокатки дозволила отримати стрічку, яка за механічними властивостями не поступається аналогам отриманим традиційною технологією, і має переваги перед цим методом завдяки спрощенню технології її виготовлення.

Для виготовлення якісної титанової стрічки доцільно проводити два відпали, температура яких відповідає температурі утворення фізичного контакту у титані. У цьому випадку властивості отриманого виробу не поступаються властивостям стрічок, отриманих методами традиційної металургії.

Ключові слова: частинка, порошок титану, міжчастинковий контакт, міцність пресовки, пресування порошка, прокатування порошка.

ABSTRACT

Nazarenko V.A. The alteration patterns of interparticular contacts in the process of titan powder technological processing.-Manuscript.

Dissertation for the science degree of the candidate of technical sciences within the speciality 05.16.06 - Powder metallurgy and composite materials.- Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The dissertation is devoted to the solution of the important scientific and technical task of powder metallurgy - the development of the operating practices of titan powder product manufacturing by examining the alterations of interparticular contacts by means of the integral assessment of products' physico-chemical properties.

The analysis of the compaction process of titan samples by cold pressing has been performed along with the examination of mechanical properties of porous titan samples obtained by cold pressing. This research has demonstrated for the first time that the mechanical properties of unsintered compacts depend on porosity much more substantially than those of sintered compacts. A weak dependence of plasticity of the unsintered compacts on porosity has been shown as well.

We developed the methodology of integral assessment of the properties of interparticular contacts by means of unitless coefficient (К_?, К_Е , К_е) computation with subsequent plotting of the contact quality vs. sintering temperature. This methodology allows the comparison of the conditions of contact formation depending on the structure of the material. This is done on the basis of the material's electrical, strength, and plasticity characteristics. The methodology also allows the comparison of the formation conditions of the electrical, mechanical, and physical contact in the compacts and analysis of this contact properties.

This is the first study demonstrating that the electric contact formation (determined by the diminishment of electric resistance) in the titan compacts occurs at the temperatures 50 - 100 ^оС lower than the mechanical contact formation (determined by the increase of elastic modulus). The physical contact is formed at substantially higher temperatures. The physical contact formation represents the transition of disruption from interparticular to transcrystalline and disappearance of the previous interparticular boundaries due to recrystallization at these temperatures.

It was determined that the plasticity characteristics of the material serve as the measure of setting at the interparticular contacts.

The technology of titan part manufacturing by hot impulse pressing (HIP) has been worked out. The processes of structurization and electric, mechanical, and physical contact formation have been studied for HIP. It was determined for the first time that the electric, mechanical, and physical contacts in the HIP powder titan are formed considerably earlier than with sintering. The optimal regimes of HIP have been determined: Tdef = 950 ^оС, starting porosity of the end compacts 20%. At these deformation regimes, such powder titan billets have been produced where the properties are not inferior to the properties of the technically pure titan, obtained by the traditional technology.

The analysis of the influence of the technological parameters on the structure and properties of the titan ribbon, produced by titan powder rolling, was carried out. The offered technological process of the compact ribbon production by rolling from the powder titan has allowed obtaining the ribbon that is equivalent by its mechanical properties to the analogues, obtained using the traditional technology. Additionally, the developed technological process has the advantage of utilizing a simpler manufacturing technology.

Two annealings at the temperature corresponding to that of the physical contact formation in titan are recommended for the production of quality titan ribbon. In this case, the properties of the obtained part are equivalent to the properties of the ribbons, manufactured by the traditional metallurgical methods. Keywords: particle, titan powder, interparticular contact, strength of compact, powder pressing, powder rolling.

Размещено на Allbest.ru