РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристики исходных порошковых материалов
В качестве исходных материалов были использованы два порошка меди и два порошка железа. Первый порошок меди был получен электролизом на Верхне - Пышминском металлургическом комбинате (Россия). Частицы этого порошка имеют форму дендритов как показано на рис. 2.1а. Такой порошок должен хорошо прессоваться, а прессовки из него должны иметь высокую прочность.
а б
Рис. 2.1. Порошки меди использованные для экспериментов:
а - электролитический;
б - распыленный воздухом.
Второй порошок меди был получен распылением расплава струей воздуха на Торезском заводе твердых сплавов (марка - ПГ-М-01, ТУ 322-19-001-95). Частицы этого порошка, в основном, имеют форму близкую к сферической. Вместе с тем некоторые частицы имеют неправильную округлую форму (рис. 2.1б). Следует ожидать, что данный порошок плохо прессуется, а прессовки из него имеют низкую прочность [72[E.Y.1]].
Оба порошка железа марки ПЖР3.200.28 (ГОСТ 9849-86) были изготовлены на Броварском заводе порошковой металлургии распылением расплава водой. Порошки отличались только временем поставки. Частицы порошка имеют неправильную форму, с многочисленными выступами (рис. 2.2).
а б
Рис. 2.2. Водораспыленные порошки железа, использованные для экспериментов:
а - первая поставка;
б - вторая поставка (партии 61у).
В табл. 2.1 приведены данные сертификатов химического состава порошков меди Торезтвердосплава (ТТС) и порошка железа Броварского завода порошковой металлургии второй поставки. Для проверки данных сертификатов и получения дополнительных сведений был выполнен анализ химического состава этих порошков в лаборатории Исследовательского Центра Юлих (Германия). Результаты так же приведены в табл. 2.1. Сравнение показывает, что уровень содержания кремния в порошке меди был даже ниже, чем указано в сертификате. Содержание кислорода находится в пределах значений характерных для порошковых материалов.
Таблица 2.1
Химический состав порошков использованных для экспериментов, % массы
ПорошокСпособ определенияCuFeCSiMnSPOМедь,
ТТССертификатОсн.0,600,07АнализОсн.0,0160,0280,409Железо,
БЗПМСертификатОсн.0,0500,0470,1380,0200,0200,340АнализОсн.0,0440,0540,1350,414
В сертификатах поставки были приведены данные, характеризующие распределение частиц порошков по размерам. Для порошка меди завода ТТС 5% частиц по массе были меньше 100 мкм. Остальные частицы имели размер в диапазоне 100 - 200 мкм. Для порошка железа БЗПМ 3,9% частиц имели размер от 160 до 200 мкм, 79,8% - от 45 до 160 мкм и 16,3% частиц по массе имели размер менее 45 мкм. Для порошка меди Верхне - Пышминского металлургического комбината и порошка железа БЗПМ первой поставки распределение частиц по размерам было установлено на приборе Fritsch в Исследовательском Центре Юлих. Результаты приведены в виде графиков на рис. 2.3 и рис. 2.4. Обобщенные данные этих экспериментов представлены так же в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Характерные размеры частиц порошков меди и железа
Размер частицd10, мкмd50, мкмd90, мкмПорошок меди17,5138,4376,95Порошок железа41,1384,34120,17
Рис. 2.3. Распределение по размерам частиц электролитического порошка меди (а) и порошка железа второй поставки (б).
Удельная площадь поверхности для порошка меди составляла 19,3 м2/м3, а для порошка железа - 12,1 м2/м3.
Насыпную плотность для медного порошка производства завода ТТС и железного порошка БЗПМ второй поставки (партия 61у) определяли по формуле
, (2.1)
где m = 100г - масса порошка, засыпаемого в мерный цилиндр; V - объем, который занимает 100 граммов порошка в мерном цилиндре.
а
б
Рис. 2.4. Кумулятивное распределение по размерам частиц электролитического порошка меди (а) и порошка железа второй поставки (б).
Плотность утряски для медного порошка производства завода ТТС и железного порошка БЗПМ второй поставки (партия 61у) определяли экспериментально согласно [73[E.Y.2]] с помощью волюметра STAV 2003 (Engelsman AG, ФРГ), представленного на рис. 2.5. В мерном цилиндре объемом 100 мл виброуплотняли 100 гр. порошка. Число циклов вибрации составляло 3000. Результаты испытаний по определению насыпной плотности и плотности утряски приведены в табл.2.3.
Рис. 2.5. Волюметр STAV 2003:
1 - корпус с двигателем и кулачковым механизмом;
2 - зажимное кольцо;
3 - мерный цилиндр.
Таблица 2.3
Плотность насыпки и утряски порошков меди (ТТС) и железа (БЗПМ)
ПорошокОтносительная насыпная
плотностьОтносительная плотность
утряскиМедь0,5210,590Железо (партия 61у)0,4310,471
2.2. Изготовление образцов для испытаний
При изготовлении образцов для определения прочности прессовок использовали вышеописанные порошки или их смеси. В случае использования чистых материалов для изготовления образцов, навески порошков определяли исходя из размеров образцов и их плотности [[E.Y.3]5,74,75[E.Y.4][E.Y.5]]. При использовании порошковых смесей для изготовления образцов, проводился ряд предварительных операций, а именно, приготовление и смешивание порошковых смесей.
2.2.1. Приготовление порошковых смесей.
В качестве исходных материалов для порошковых смесей использовались порошки меди и железа. При составлении смесей изменялось массовое соотношение компонентов. Состав смесей приведен в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Содержание порошковых компонентов в смеси, % по массе
Медь0255075100Железо1007550250
Массы навесок порошковых компонентов определяли исходя из массы испытуемых образцов и требуемой их пористости по формуле[[E.Y.6]28, [E.Y.7]76]:
, (2.2)
где - масса порошковой смеси (образца), г; - долевое содержание компоненты в смеси.
Масса порошковой смеси расчитывалась по формуле [[E.Y.8]28, 45[E.Y.9]]:
, (2.3)
где V - объём образца, см3; - плотность порошковой смеси, г/см3; - относительная пло