РАЗДЕЛ 2
Методика проведения исследований
2.1. Способы получения чугунных порошков. Оборудование и материалы
В качестве исходных материалов для получения порошков использовались стружка и
шламы, образующиеся при черновом точении и обдирочном шлифовании бочек чугунных
прокатных валков на Лутугинском государственном научно-производственном
валковом комбинате.
Бочки чугунных валков отливают двухслойными с сердцевиной из серого или
высокопрочного чугуна и внешним рабочим слоем глубиной 15…35 мм со структурой
белого или половинчатого доэвтектического чугуна с 30…50 об.% карбидной фазы.
Сухой размол стружки осуществлялся в двухсекционной шаровой мельнице (ШМ) М-100
объемом 100 л с внутренним диаметром барабана 620 мм и в дезинтеграторе
УДА-Д-73.
В шаровой мельнице стружку измельчали на трех фиксированных частотах - 28; 36 и
48 об/мин. Отношение массы мелющих тел (шаров) к массе стружки составляло 5:1
(масса шаров 50 кг, масса стружки - 10 кг); коэффициент заполнения барабана ШМ
по объему - 0,3…0,35; частота вращения барабана мельницы (n) - 0,5…0,85 от
критической частоты (nкр) [11]:
, (2.1)
где DB - внутренний диаметр корпуса барабана ШМ, м.
При DB = 600 мм nкр » 55 об/мин. Если n > nкр, шаровая загрузка прижимается к
стенкам барабана мельницы центробежной силой, и измельчения стружки не
происходит.
Минимальный (dmin) и максимальный (dmax) размеры шаров (мм) определялись из
соотношений [11] в предположении, что стружка измельчается под действием
ударно-истирающих нагрузок (n » 0,5…0,9nкр):
; , (2.2)
где Dmax - максимальный размер частиц измельчаемого материала, мм;
sВ - временное сопротивление измельчаемого материала при сжатии, МПа;
Е - модуль упругости измельчаемого материала, МПа;
rш - плотность материала шаров, г/см3;
DВ - внутренний диаметр барабана мельницы, мм.
При Е » 2Ч105 МПа, rш » 7,8 г/см3, DВ = 620 мм, Dmax » 4…6 мм, sВ » 500 МПа
dmin » 18…27 мм, dmax » 36 мм. Для измельчения стружки в шаровой мельнице
использовались шары диаметром 30…35 мм из термообработанной стали ШХ15
твердостью 60…61 HRC.
Порошки просеивались через комплект вибросит (Мод. 029) на лабораторной
установке с электромагнитным приводом.
Для измельчения в дезинтеграторе использовались порошки фракции 100...1600 мкм,
образующиеся при размоле стружки в шаровой мельнице.
Технологический процесс переработки шлифовальных шламов в порошки включал
следующие операции: 1) cушку шламов при температуре 413…423К в течение 2-х
часов; 2) кратковременное (10...15 мин.) измельчение высушенной массы в шаровой
мельнице; 3) магнитную сепарацию шламов; 4) размагничивание порошков; 5) рассев
порошков на фракции на комплекте вибросит; 6) циклонную очистку порошков от
пылевидных фракций.
Для размагничивания порошков использовалась установка, схема которой
представлена на рис. 2.1. Немагнитная емкость (1) из хромоникелевой аустенитной
стали с намагниченным порошком (2) двигалась с постоянной скоростью (0,4...0,5
мм/с) относительно контура с переменным током промышленной частоты 50 Гц (3).
Магнитный контур представлял собой катушку с обмоткой без сердечника. В
качестве привода установки использовался двигатель постоянного тока с
редуктором. Данная схема размагничивания позволяет снизить величину остаточной
магнитной индукции намагниченных порошков до 0,008...0,01 мТл. Она эквивалентна
другой известной схеме, когда намагниченный материал помещается в неподвижный
электрический контур, питаемый убывающими по амплитуде импульсами тока
последовательно меняющейся полярности. Амплитуда имульсов плавно уменьшается от
максимального значения до нуля. Длительность импульса составляет 1…10 с, пауза
между импульсами – 1,0…1,5 с. Емкость с порошком остается неподвижной в течение
всего цикла размагничивания, который длится 100…200 с [119].
Рис. 2.1. Схема размагничивания порошков и осциллограммы питающего
напряжения: 1 – емкость из хромоникелевой аустенитной стали; 2 – порошок;
3 – катушка
2.2. Определение насыпной плотности и текучести порошков. Методика определения
дисперсного состава и исследования морфологии порошков
Технологические свойства порошков определялись согласно ДСТУ 3795-98 (метод
определения текучести) и ГОСТ 19440-95 (определение насыпной плотности). Для
измерения текучести порошков использовалась коническая воронка по ДСТУ 3795-98
с углом раствора 60° и диаметром выходного канала 2,5 мм. Масса навески порошка
составляла 50г.
Гранулометрический состав порошков определялся их просевом через сита по ГОСТ
6613-73 на механическом встряхивателе с частотой вращения 250 ± 50 об/мин и
числом встряхиваний 140 ± 10 в минуту. Длительность рассева составляла 5 мин.
Собранные фракции взвешивались на аналитических весах с точностью до 0,01г.
Фракционный состав исследуемой пробы порошка определялся из выражения:
, (2.3)
где Хi – содержание i - той фракции порошка, мас. %;
mi – масса i - той фракции; М – масса навески.
Морфология напыляемых частиц исследовалась на измерительном микроскопе МБС - 9
при увеличении ґ63. Объектами исследований служили пробы порошков массой
0,5…1,0 г. Количественное и массовое распределение частиц по размерам
определялось по результатам микроскопического анализа четырех проб порошков.
Количественное (Ni) распределение частиц по размерам определялось из
выражения:
Ni = (ni / N)Ч100, (2.4)
где ni – количество частиц i - той фракции;
N – общее количество измеренных частиц.
Массовое (qi) распределение частиц по размерам определялось по уравнению:
, (2
- Киев+380960830922