Исследование процессов и разработка технологии получения высокоточных чугунных заготовок путем формования и спекания композиций на основе ультрадисперсных металлических порошков и связующего

• Автор: Крысь, Мария Александровна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Краткий обзор методов получения заготовок

1.2. Общая характеристика технологии получения заготовок путем формования и спекания смесей на основе порошков и связующего (инжекционное формование)

1.2.1. МИМ-технология

1.2.2. Сущность технологии инжекционного формования. Перечень технологических операций

1.2.3. Оборудование для инжекционного формования

1.3. Исходные материалы в МИМ-технологии

1.3.1. Порошки, используемые для инжекционного формования

1.3.2. Связующие для инжекционного формования

1.3.3. МИМ-фидстоки и получаемые из них материалы

1.3.4. Новые технологии инжекционного формования

1.4. Постановка задачи исследований и ее обоснование
Глава 2. Исследование процесса удаления связующего
2.1.Методика изготовления образцов. Расчетные и фактические параметры фазового состава образцов
2.2. Определение размера частиц в объеме сплава. Статистическая характеристика параметров микроструктуры
2.3.Методика исследования кинетики удаления связующего
2.3.1. Нагрев заготовок на воздухе
2.3.2. Нагрев заготовок в контейнере с затвором
2.3.3. Нагрев заготовок в контейнере с затвором с последующим нагревом в вакууме...6§
2.3.4. Нагрев заготовок в контейнере с затвором с последующим нагревом с периодическим вакуумированием
2.4. Экспериментальные исследования кинетики удаления связующего при нагреве
2.4.1.Нагрев заготовок на воздухе
2.4.2. Нагрев заготовок в контейнере с затвором
2.4.3. Нагрев заготовок в контейнере с затвором с последующим нагревом в вакууме
2.3.4.Нагрев заготовок в контейнере с затвором с последующим нагревом с периодическим вакуумированием
Глава 3. Исследование процессов спекания после удаления связующего. Структура и
свойства спеченных материалов
Глава 4. Анализ влияния технологических факторов на размерную точность заготовок.
Практические выводы и рекомендации
Общие выводы
Приложения
Список литературы

Актуальность работы. Из всей совокупности параметров, влияющих на выбор конкретной технологии изготовления деталей в соответствии с техническими условиями, одними из основных являются размерная точность, качество поверхности и сложность формы заготовок. В последние десятилетия наряду с совершенствованием традиционных методов получения заготовок: ковки, штамповки, литья, резки и т.п., начали интенсивно развиваться принципиально новые технологии, основанные на процессах консолидации вещества, находящегося в высоко дисперсном состоянии. К таким процессам относятся плазменное напыление на удаляемую модель, распыление расплава непосредственно в форму, формование и спекание порошков. Одной из наиболее быстро развивающихся в последнее время является МИМ-технология (аббревиатура Metal Injection Moulding - инжекционное формование из металлических порошков), объемы применения которой за последние 10 лет ежегодно растут более чем на 10%. Сущность этой технологии заключается в том, что высокодисперсные металлические порошки смешиваются со связующим до квазижидкого состояния, а из полученных смесей литьем под давлением формуются заготовки сложной формы, которые затем спекаются. Наблюдаемое расширение применения этой технологии обусловлено возможностью получения на ее основе заготовок очень сложной формы, размерной точностью существенно лучшей, чем при литье расплавов, при отсутствии дефектов структуры, свойственной литью. В настоящее время разработано и предлагается на рынке уже несколько сотен видов формуемых смесей, которые называются МИМ-фидстоками. В качестве связующего обычно используются термопласты или их смеси с насыщенными углеводородами. Вместе с тем применение существующих вариантов МИМ-технологии ограничивается высокой стоимостью самих МИМ-фидстоков и их переработкой в заготовки из-за длительных термических режимов удаления связующего. Толстостенные (толщиной 4+5 мм и более) изделия вообще не могут быть получены при разумных технологических режимах. В связи с этим

применение МИМ-технологии пока эффективно для заготовок сложной формы только массой менее 30-^50 граммов. Поэтому проблема совершенствования и расширения номенклатуры МИМ-фидстоков остается актуальной.
Учитывая, что при заданном составе, плотности и физико-механических свойствах конечного материала заготовки, состав и структура твердой фазы (металлического порошка - наполнителя) изменяются в достаточно узких рамках, дальнейшее совершенствование композиций может осуществляться за счет применения более совершенных связующих, к которым предъявляются следующие требования:
• обеспечение высокого качества формовок после прессования;
• обеспечение достаточной прочности формовок для технологической транспортировки, в том числе и в термоагрегатах при высокой температуре;
• сокращение технологического цикла удаления связующего и расширение возможного диапазона толщины стенок и габаритов заготовок.
Последнее требование является наиболее важным и трудно реализуемым. В плане решения поставленной задачи большой интерес представляет применение композиций (МИМ-фидстоков), связующим в которых является термореактивная фенолформальдегидная смола (ФФС). В пользу этого утверждения говорят следующие преимущества термореактивной ФФС по сравнения с термопластами, а именно:
• композиции на основе реактопластов могут быть сформованы не только литьем под давлением, но и прямым прессованием и пресслитьем. Эти процессы могут быть реализованы на обычных прессах для прессования пластмасс;
• заготовки из композиций на основе ФФС имеют усадку в несколько раз меньше, чем эта величина для термопластов;
• сформованные горячим прессованием заготовки на основе ФФС не размягчаются и, следовательно, не теряют форму при нагреве. Особенно это важно для крупногабаритных изделий;

Заготовки - втулки были промаркированы, измерялась их масса, внешний и внутренний диаметр, далее производились расчеты объема и плотности, определялся их фазовый состав. Результаты получены при анализе 105 образцов из 21 партии. Каждая партия состоит из 5 образцов. Результаты по сырым заготовкам представлены в таблице 9, фотографии микроструктуры образцов приведены на рис. 13 -16.
Статистическая обработка массы, внешнего диаметра, внутреннего диаметра и высоты образцов отражена в приложении № 2 - 5.
Таблица
Геометрические параметры, масса, плотность, объем сырых заготовок
№п.п пар- тии Кодиров- ка СІ0ср?ММ Ооср, мм 1і0ср,мм V0ср)ММ^ Ш0ср,Г Р0ср> г/см3
1 2 3 4 5 6 7
1. 5-2-1 15,02 31,10 4,15 2415,98 10,91 4,45
2. 5-2-2 15,02 31,12 4,26 2484,18 10,97 4,42
3. 5-2-3 15,00 31,15 4,31 2521,69 10,93 4,33
4. 5-2-4 15,02 31,12 4,28 2495,84 10,94 4,38
5. 5-2-5 14,90 31,12 4,23 2478,61 10,96 4,42
6. 5-2-6 14,90 31,10 4,16 2433,53 10,88 4,47
7. 5-4-1 15,03 31,18 4,38 2565,97 10,94 4,26
8. 5-4-2 15,03 31,17 4,40 2575,54 10,87 4,22
9. 5-4-3 14,92 31,15 4,32 2535,65 10,94 4,31
10. 5-1-1 15,00 30,95 4,17 2400,27 10,97 4,57
И. 5-1-2 14,95 31,00 4,19 2425,74 10,99 4,53
12. 5-1-3 14,88 31,13 4,22 2479,10 10,94 4,41
13. 5-1-4 14,85 31,03 4,27 2489,95 10,94 4,39
14. 5-1-5 14,92 30,98 4,24 2451,67 10,97 4,47
15. 5-1-6 15,00 31,20 4,24 2491,11 11,00 4,42
16. 5-3-1 15,00 31,02 4,20 2430,68 10,90 4,48
17. 5-3-2 15,00 31,00 4,22 2438,15 10,94 4,49
18. 5-3-3 15,00 31,00 4,22 2438,15 10,93 4,48
19. 5-3-4 15,00 31,00 4,21 2432,37 10,95 4,50