Дисертация
  • формат doc
  • размер 6,36 МБ
  • добавлен 24 января 2017 г.
Гурдин В.И. Разработка и обоснование технологии жидкофазного синтеза и легирования композиционных материалов на основе железа с пропиткой борсодержащими эвтектическими сплавами
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.02.01 – Материаловедение в машиностроении. — Омский государственный технический университет, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия. — Барнаул, 2009. — 23 с.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Машков Ю.К.
Цель работы – разработка КМ на основе железа и технологии их получения методом пропитки борсодержащими сплавами эвтектического состава и последующего жидкофазного спекания на основе структурно-энергетического подхода к определению состава и технологических режимов, обеспечивающих получение гетерогенной структуры с высокими механическими и теплофизическими свойствами.
Научная новизна основных результатов диссертационной работы:
Раскрыт механизм структурообразования КМ на основе порошкообразного железа в условиях жидкофазного синтеза с борсодержащими пропитывающими эвтектическими сплавами систем: Fe–B, Ni–B, Co–B, включающий следующие термодинамические процессы:
плавление пропитывающего сплава (фазовый переход в жидкое состояние), сопровождающееся резким изменением энтальпии системы;
проникновение пропитывающего сплава в поры железной матрицы под действием капиллярных сил, сопровождающееся выделением тепла;
адгезионное взаимодествие контактирующих фаз, взаимная диффузия элементов матричного порошка и пропитывающих сплавов, приводящие к снижению уровня свободной энергии системы.
Установлены зависимости физико-механических свойств БКМ от состава пропитывающих сплавов. Определены оптимальные составы пропитывающих сплавов для получения БКМ методом пропитки пористой железной прессовки. Выявлено, что БКМ, полученные пропиткой сплавом состава Fe+3,8% B имеют временное сопротивление σв = 260 МПа; сплавом состава Ni+4%B – σв = 420 МПа, а сплавом состава Co+4% B – σв = 380 МПа.
На основе анализа результатов проведенных структурных и физико-механических исследований установлены наиболее эффективные температурно-временные режимы жидкофазного спекания БКМ, обеспечивающие наиболее высокий уровень их физико-механических свойств: температура спекания 1180…1190 оС, время спекания 12...15 мин.
Определены параметры технологического процесса получения БКМ на основе ферробора марки ФБ 20 (а. с. № 587172 «Сплав на основе железа»): температура спекания 1190…1200 оС, время спекания 12…15 мин.
Изучено влияние легирующих элементов (молибдена, вольфрама, ниобия) на физико-механические свойства БКМ и установлено, что наиболее высоким уровнем механических свойств обладает композиция состава Fe + 3,8%B + 1,2%Nb + 4,2% Mo.
Установлено, что применение пропитывающих борсодержащих сплавов эвтектического состава позволяет получать БКМ, армированные молибденовой проволокой, с сопротивлением термомеханической усталости в 10…15 раз выше по сравнению со сталью 20.
Показано, что введение в пропитывающие сплавы УДП тугоплавкого соединения TiCN приводит к тому, что в порах прессовки формируется структура с более компактной формой боридов, что обеспечивает повышение физико-механических свойств и окалиностойкости полученных материалов на 10–15 %.
Значение полученных результатов для теории и практики
Раскрытый механизм процессов структурообразования БКМ и результаты термодинамического анализа процесса пропитки железной матрицы борсодержащими сплавами эвтектического состава на основе железа, кобальта, никеля позволяют дать качественную и количественную оценку межфазного взаимодействия на границе «металлическая матрица – пропитывающий сплав», а также прогнозировать изменение механических свойств в зависимости от состава пропитывающих сплавов.
Определённые в результате проведённых исследований эффективные режимы жидкофазного спекания материалов позволили получить высокий уровень физико-механических свойств для БКМ с пропитывающим сплавом состава Fe+3,8% B +1,2 % Nb + 4,2 % Mo: σв = 520 МПа, δ = 1,3 %; термостойкость 21 тыс. циклов до разрушения образца; окалиностойкость при выдержке на воздухе 800 часов при температуре 740…750 оС в 10 выше, чем у стали 20.
На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологические процессы изготовления:
постоянных форм из борсодержащих композиционных материалов на ЗАО «Омский завод специальных изделий» для получения отливок из алюминиевых, бронзовых сплавов и чугуна;
отливок деталей «Гильза» с применением модифицирования хромоникелевых чугунов УДП на ФГУП «Омское машиностроительное объединение им. П.И. Баранова»;
коронок зубьев рыхлителей для мерзлых песчаных грунтов в филиале № 4 ГП «Северавтодор».
Результаты работы используются в ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет» и ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия» (СибАДИ) при обучении студентов машиностроительных и механических специальностей.
Похожие разделы
  1. Академическая и специальная литература
  2. Геологические науки и горное дело
  3. Камнерезное и ювелирное дело
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Детали машин и основы конструирования
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Заготовки в машиностроении
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Металлорежущие станки
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Обработка резанием
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Обработка резанием
  4. Эксплуатация металлорежущего инструмента
  1. Академическая и специальная литература
  2. Машиностроение и металлообработка
  3. Технологическая оснастка
  1. Академическая и специальная литература
  2. Металлургия
  3. Металловедение
  1. Академическая и специальная литература
  2. Наноматериалы и нанотехнологии
  3. Наноматериаловедение
  1. Академическая и специальная литература
  2. Промышленное и гражданское строительство
  3. Строительное материаловедение
  1. Академическая и специальная литература
  2. Радиоэлектроника
  3. Материалы электронной техники