Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка технологии и исследование порошковых покрытий систем Al и Al-Pb

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На основе теоретических посылок (глава 2) и экспериментальных данных (глава 3) разработан способ получения прокаткой пластичного толщиной до 0.25мм антикоррозионного алюминиевого порошкового покрытия на стальной полосе (глава 4), отличающийся простотой используемого оборудования, экономичностью и экологической безопасностью. Получен патент РФ № 2 182 191. Разработана математическая модель… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Проблемы получения порошковых покрытий
    • 1. 1. Проблемы получения порошкового антикоррозионного и антифрикционного сплавов с заданными свойствами и нанесения в качестве покрытия на стальную основу
    • 1. 2. Состояние вопроса схватываемости совместно прокатываемых материалов
    • 1. 3. Проблема исследований механических характеристик порошковых материалов
    • 1. 4. Современное состояние исследований по механике совместной пластической деформации разнородных металлов
    • 1. 5. Цель и задачи исследований
  • 2. Математическая модель совместной прокатки порошка и стальной полосы. Критерии предотвращения дефектности полосы с порошковым покрытием
    • 2. 1. Математические зависимости, описывающие состояние слоистой многокомпонентной системы в очаге деформации
    • 2. 2. Влияние трения на напряженное состояние металла в очаге деформации при тонколистовой прокатке
    • 2. 3. Определение параметров волнистости прокатываемых полос энергетическим методом
    • 2. 4. Расчет энергосиловых параметров процесса консолидации дисперсных материалов давлением
    • 2. 5. Метод расчета силовых показателей в очаге деформации при нанесении прокаткой порошкового материала на беспористую полосу
    • 2. 6. Возможные дефекты в полосе с покрытием после обработки давлением. Выработка критериев их предотвращения
  • 3. Влияние степени обжатия и скорости нагрева на интенсивность диффузии и толщину интерметаллидного слоя в системе AI порошковое покрытие-стальная основа
    • 3. 1. Разработка методики проведения эксперимента
    • 3. 2. Влияние степени деформации на диффузионные процессы и образование интерметаллидного слоя
    • 3. 3. Влияние скорости нагрева на диффузионные процессы и образование интерметаллидного слоя
    • 3. 4. Влияние скорости охлаждения на образование интерметаллидного слоя
    • 3. 5. Физико-химическое взаимодействие стальной полосы и алюминиевого порошка в процессе высокоскоростного отжига после пластического деформирования
  • 4. Технология получения антикоррозионного покрытия стальной полосы совместной прокаткой стальной основы и алюминиевого порошка
    • 4. 1. Разработка способа алюминирования стальной полосы прокаткой
    • 4. 2. Установка для алюминирования стальной полосы прокаткой с использованием сухого алюминиевого порошка
    • 4. 3. Экспериментальная оптимизация технологических параметров прокатки и отжига
    • 4. 4. Корректировка математической модели совместной прокатки стальной полосы и сухого алюминиевого порошка
    • 4. 5. Формула изобретения (Патент РФ № 2 182 191)
  • 5. Особенности получения совместной прокаткой стальной полосы и порошковой смеси системы А1-РЬ антифрикционного покрытия
    • 5. 1. Материалы для антифрикционного покрытия
    • 5. 2. Поиск решения задачи создания антифрикционного покрытия
    • 5. 3. Экспериментальная оптимизация накатки на стальную полосу антифрикционного алюмо-свинцового покрытия
    • 5. 4. Формула изобретения (Заявка на изобретение № 2 001 134 984/02, приор. 19.12.01)
    • 5. 5. Способ получения порошкового проката постоянной заданной плотности (Заявка на изобретение № 2 002 109 736/02 приор.12.04.02)
  • 6. Экономика вопроса
  • Выводы

Разработка технологии и исследование порошковых покрытий систем Al и Al-Pb (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одними из направлений улучшения качества стального листа с алюминиевым порошковым покрытием являются повышение коррозионной стойкости и пластичности покрытия. Несмотря на многочисленность существующих способов получения такого покрытия, остаются нерешенными вопросы улучшения схватываемости покрытия с основой, достижения пластичности покрытия на уровне пластичности основы, утолщения алюминиевого слоя для повышения антикоррозионности, а также такие технические проблемы, как многостадийность процесса получения покрытия, невозможность получения качественного покрытия толщиной более нескольких десятков микрон, высокая стоимость оборудования, использование вредных веществ. Создание одностадийного, экономичного и экологически безопасного способа получения на стальной полосе антикоррозионного покрытия толщиной до 0.25мм и с пластичностью не ниже пластичности основы — важная задача, и один из путей ее решениянанесение порошкового алюминиевого покрытия прокаткой.

Использование в антифрикционных покрытиях алюминия и свинца обусловлено тем, что у алюминия высокие несущая способность и теплопроводность, подходящие для матрицы покрытия, а свинец — лучшая из металлов смазка при сухом трении. Попытки получить антифрикционный материал состава А1-РЬ в качестве замены более дорогим меди и олову не нашли промышленного применения вследствие слишком высокой стоимости предложенных технологий. Таким образом, создание экономически целесообразного способа получения антифрикционного материала системы А1-РЬ на стальной основезадача востребованная.

Целью работы является:

— получение пластичного антикоррозионного алюминиевого порошкового покрытия толщиной до 0.25мм на стальной полосе и разработка технически простого, экономичного, экологически безопасного способа его получения;

— получение нового антифрикционного материала системы А1-РЬ на стальной подложке и разработка технологии его получения.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:

— разработать математическую модель совместной прокатки порошка и литого материала, позволяющую определить напряженно-деформированное состояние в очаге деформации, а также выявить причины встречающихся дефектов для выработки оптимальных режимов прокатки;

— рассмотреть все значимые случаи дефектов при накатке покрытий и определить критерии предотвращения дефектности;

— изучить зависимость толщины интерметаллидной прослойки между покрытием и основой от деформации и скорости нагрева, как влияющую на пластичность и схватываемость стального листа с А1 — порошковым покрытием;

— определить оптимальный состав антифрикционной порошковой смеси;

— разработать способы получения прокаткой антикоррозионного и антифрикционного покрытий.

ВЫВОДЫ.

1. Разработана математическая модель совместной прокатки многофазной слоистой системыпорошка и компактного материала.

2. Разработана математическая модель многослойной прокатки, обобщающая случаи прокатки без плакирования и с плакированием слоев, компактных и порошковых материалов, опирающаяся на учет опережений между слоями, что особенно важно для развития общей теории совместной пластической деформации различных материалов (СПДРМ).

3. Математически описаны дефекты полосы с порошковым покрытием и определены причины их возникновения. Выработаны критерии предотвращения дефектности типа:

— разрыв стальной основы при минимизации трения на валках,.

— волнистость (коробоватость) полосы с покрытием, вызванная неравномерностью вытяжки по ширине полосы при прокатке, приводящая как к нарушению допустимых параметров по геометрии, так и к появлению поверхностных трещин и «морщинистости» в покрытии,.

— обширное и локальные отслоения в местах несхватывания или недостаточного схватывания покрытия и основы при термообработке.

4. Экспериментально исследовано влияние степени обжатия при прокатке и скорости нагрева при термообработке стальной полосы с алюминиевым порошковым покрытием на протекание диффузионных процессов и образование интерметаллидных фаз. Установлено, что увеличение как скорости нагрева, так и степени деформации приводит к росту интерметаллидной прослойки на границе разделаналичие оксидов на границе раздела снижает адгезию слоев и препятствует образованию интерметаллидов при любой степени обжатия, тогда как увеличение скорости нагрева уменьшает степень окисленности материалов вплоть до полного исчезновения оксидов. Результаты представлены в виде графиков, математических формул и в фотоснимках шлифов.

5. На основе теоретических посылок (глава 2) и экспериментальных данных (глава 3) разработан способ получения прокаткой пластичного толщиной до 0.25мм антикоррозионного алюминиевого порошкового покрытия на стальной полосе (глава 4), отличающийся простотой используемого оборудования, экономичностью и экологической безопасностью. Получен патент РФ № 2 182 191.

6. Впервые разработан способ получения на стальной полосе прокаткой с электроконтактной термообработкой в очаге деформации антифрикционного порошкового покрытия состава: А1~60−70%, РЬ~27−35%, Си~3−5%. (Заявка на изобретение № 2 001 134 984 от 19.12.2001).

7. Разработан способ получения порошкового проката постоянной заданной плотности. (Заявка на изобретение № 2 002 109 736/02 приор. 12.04.02).

8. Разработка способа антикоррозионного порошкового алюминирования кардинально, относительно аналогов, сократила количество используемого оборудования, производственные площади, энергозатраты и время на производство продукции ввиду одностадийности процесса алюминирования данным способом и использования порошка.

9. Антифрикционный порошковый материал системы А1-РЬ, полученный по нашей технологии, значительно дешевле используемого в настоящее время антифрикционного материала системы Al-Sn, т.к. олово в 15 раз дороже свинца. Сама технология малоэнергоемка, предполагает небольшое количество оборудования и производственных площадей.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.М., Пугина Л. И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев: Наукова думка, 1980.-403с.
  2. Fischmiester Н. Report on the Fifth International powder metalurgy conference, Chicago, June 28-July 2.-Powder Met.Int., 1976, 8, N4, p. l81−184.
  3. Korbin C.L. Aluminium made into bearings by new powder process.-Iron Age, 1964,193, N18, p.135−136.
  4. Staff report: Application outlook for aluminium P/M parts,-Metall Progr., 1971,99,N4,p.60−64.
  5. Harby D.A. Sintered alloyed steels.-Ingeniersblad, 1971,40,N24,p.758−763.
  6. Reynolds J.H., Hall Б.Пат. 1 035 216 (Великобритания) Method of and apparatus for fabricating self-lubricating articles or components and articles or components made by the method.-Опубл.22.04.58.
  7. Трение и изнашивание алюминиевой бронзы оптимального состава /АнциферовВ.Н., Щапов А.А.// Трение и износ.-1996.-17,№ 2,с.213−217.
  8. Порошковый алюминиевый сплав для двигателей./УАвтомобильная промышленность США-1997.-№ 1,с.24 (рус.)
  9. Алюминий-цинковый порошковый сплав с высоким содержанием алюминия и его трибологические свойства / Li Yuanyuan, Zhang Datong, Luo Jinming// Zhongguo youse jinahu Xuebao=Chin.J.Noferrous Vetals.-1997,7, N1(Kht., рез.англ.)
  10. Comparison of the wear properties of modified ZA-12, ZA-27 and two convensional bearing alloy // Z.Metalik.-2000.-9l, N5-p.436−444.
  11. Дисперсно-наполненные износостойкие и антифрикционные композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов./ ПанфиловА.В., Калиопин И. К., Корогодов Ю.Д.// Литейное производство.-1997,№ 5.
  12. Митани Сигэхидэ, Сагара Ресукэ, Найто Кацуеси и др. Пат.9969 (Япония). Смесь порошков на основе меди для антифрикционных слоев.-Опубл.09.05.69.
  13. Хорикава Масаюки. Пат.48−9685 (Япония) Алюминиево-медно-графитовый сплав тугоплавкий элемент скольжения.-Опубл.23.05.72.
  14. Tsuya J., Shimara H., Umeda К/' A study of the properties of copper and copper-tin base self-lubricating composites.- Wear, 1972,22,N2,p. 143−162.
  15. Tension-compression asymmetry of hardening and damage in A1 alloy matrix composites /Hong Sun Ig//Scr.Mater.-1999.-41,N4-p.433−438.
  16. Mechanical alloying of immiscible Pb-Al binary sistem by high energy ball milling /Zhy M., Che X.Z., Lai J. Qi //J.Mater.Sci.-1998,-33,N24.-p.5873−5881.
  17. Ю.Е., Петров В. Д. и др. Освоение холоднокатанной стальной основы для нанесения цинкового и алюминиевого покрытий./ Сталь, № 6,2000.
  18. А.В., Климушкин А. Н. и др. Освоение технологии производства проката с цинковым и алюминиевым покрытиями. / Сталь, 2000, № 6.
  19. Sugano G., Mori К., Inoue К. A new Aluminium Coating Process for Steel //Electrochemical Technology, Sept.-Oct.1968, vol.6,N9−10,pp.326−329.
  20. A new and versatile coating method of particles at room temperature/ Isao Sugay//Jap.J.Appl.Phys.Pt. 1.-1998,-37,N1, p.257−260.
  21. А.Г. Пластическое деформирование структурно-неоднородных материалов. Екатеринбург- УрО РАН.-2000.
  22. П.Ф., Корщиков В. Д., Бухвалов О. Б., Ершов А. А. Биметаллический прокат. М.: Металлургия, 1970.-263с.
  23. Jonson K.J., Keller D.V. J.Appl.Phys., 1967, v.38,N4.
  24. В.П., Хренов К. К. //Автоматическая сварка. 1966,№ 2,с.7−9.
  25. А.П. Схватывание металлов.-М: Машгиз. 1958
  26. Т., Хат Р.К.// В сб. «Вакансии и точечные дефекты». Металлургиздат, 1961, с. 54.
  27. С.Б. Холодная сварка металлов Изд. АН Латв. ССР, 1960.
  28. Д.А. Вопросы теории сплавов алюминия. Металлургиздат 1961.
  29. Aluminium coatings for steel /Bahadur Aruha // Mater. and Manuf. Processes, 1996−11, N2, p.225−232.
  30. Xia Yang, Yao May. Образование алюминиевого покрытия на стали в процессе горячего погружения. / /Chin.J.Nonferrous Metalls-1997.-7.№ 4, с. 154−158. (кит.- рез.англ.)
  31. Н.А., Концевой Ю. В., Цхай Е. В. Технология алюминирования листовой стали методом накатки порошка./ Сталь, 1996, № 12,-с.44−46.
  32. В.И., Осипов К. А. Возврат и рекристаллизация в металлах при быстром нагреве.-М.:Наука, 1964
  33. F.J.A.den Broeder, S.Nakahara. Diffusion induced grain boundary migration and recristallization //Scr.Met. vol.17, pp.399−404 (1983).
  34. В.Л. Механика обработки металлов давлением.-М.: Металлургия, 1986.-68 8с.
  35. А.К., Рудской А. И. Деформация и уплотнение порошковых материалов. -М. :Металлургия, 1992.-193 с.
  36. Г. А., Радомысельский И. Д. Прессование и прокатка металлокерамических материалов. М.:Машгиз, 1963.-200с.
  37. Н.В., Радомысельский И. Л., ЦЦербань Н.И. Исследование уплотняемости порошков.-Порошковая металлургия, 1975,№ 6,С.34−42.
  38. Shwarts W. The model of the compacting of the Metal Powders.-J.Amer.Ceram.Soc., 1965, 48, N7, p.346−350.
  39. М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна.-М.Металлургия, 1972.-336с.
  40. Н.Г. Теория прессования металлических порошков.М. Металлургия, 1969,-262с.
  41. В.К., Харитонин С. В., Степаненко В. И., Литвинов К. И. Апроксимация экспериментальных даных по сопротивлениюдеформации алюминиевых сплавов. // Изв.ВУЗов. Цветная металлургия.-1997.-№ 4, С.36−38.
  42. В.Е. Формование порошковых материалов. М.: Металлургия, 1979.-232с.
  43. Феноменологические теории прессования порошков./Штерн М.Б., Сердюк Г. Г. и др. Киев: Наукова думка, 1982.-136с.
  44. Прокатка металлических порошков/ Виноградов Г. А., Семенов Ю. Н. и др.-М. Металлургия, 1969.-382с.
  45. Э.С. Сварка металлов давлением. М. Машиностроениею-1886.-276с.
  46. А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат. 1962.
  47. H.Ford, F. Ellis, D.R.Brand. Cold Rolling with Strip Tensions./J. Iron and Steel Inst., v.168, May 1954, p.51.
  48. В.JI. Напряжение, деформации, разрушение. М. Металлургия. 1970.
  49. А.В., Полухин П. И. и др. Расчет давления при прокатке биметаллического пакета. В кн.:Пластическая деформация металлов и сплавов. № 47.-1968, с. 137−141.
  50. Г. Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. М.Металлургия. 1964, 253с.
  51. М.И. Средние удельные давления на валки при прокатке биметалла. Труды МГМИ, № 4, Магнитогорск, 1958, с. 184−189.
  52. Ю.И. Теория расчета удельных давлений и послойных продольных напряжений при прокатке широких слоистых полос. -Труды МИИТ, 1986, вып.776, с.61−69.
  53. Е.Б. Теоретическое исследование процесса прокатки двухслойной биметаллической полосы с учетом упрочнения слоев. -Труды МИИТ, 1986, вып.776, с.61−69.
  54. С.А., Меандров JI.B. Производство биметаллов.-М.Металлургия, 1966, 353с.
  55. И.Э., Концевой Ю. В., Павлов В. Г. Влияние трения на напряженное состояние металла в очаге деформации при тонколистовой прокатке. Изв. ВУЗов, Чер.Мет., № 7, 1990, с. 106−107.
  56. И.Э., Концевой Ю. В., Абдулов Ю. П. Регулирование формы прокатываемой полосы путем изменения натяжения по ее ширине. -Совершенствование рабочих параметров машин. -УрО АН СССР, 1985.C.30−36
  57. И.Э., Пузако Д. В. Способ определения напряжений межслойного трения при многослойной прокатке./Теоретические проблемы прокатного производства.//4 Всесоюзная н-т. конференция. -Днепропетровск, 1988, 2ч., с.214−215.
  58. Напряженное состояние и кинематика при прокатке порошковых материалов на металлической подложке./Потапкин В.Ф., Левкин А. Н. и др. // Порошковая металлургия (Киев) 2000 — № 1−2, с. 13−21.
  59. Канонические законы трения в условиях обработки металлов давлением./Хайкин Б.Е.//Изв.Вузов. Цв. металлургия-1997-№ 4, с.29−35.
  60. Одномерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при прокатке порошковыхматериалов./Потапкин В.Ф., Сатонин А. В. и др.- Краматорск, 1996-Деп. в УкрИНТЭИ 25.10.96. № 68-Yi96
  61. В.Я.Буланов, И. Э. Игнатьев и др. К вопросу о расчете энергосиловых параметров консолидации дисперсных материалов давлением.//Труды ЮРГТУ, Волгодонск, 2002.
  62. Ю.Д.Железнов. Прокатка ровных полос и листов. М. Металлургия, 1971,200с.
  63. .Н. Энергетический метод определения параметров неплоскостности.//Изв.ВУЗов, Чер.мет., 1986,№ 6,1887−19 Юс.
  64. Buckling phenomena related to rolling and levelling of sheet metal/ Fischer F.D., Rammerstorfer F.G., Fried N., Wieser W. // Int.J.Mech.Sci. 2000.42.N10, pp.1887−1910
  65. Ю.В., Игнатьев И. Э., Пузако Д. В. Определение параметров волнистости прокатываемых полос энергетическим методом./Теория и технология производства листового проката.//М. Металлургия, 1991, с. 86−92.
  66. The thermomechanical integrity of the thin films and multilayers / Evans A.G., Hutchinsen J.W. //Acta met. Et mater.-l995−43 N7, pp.2507−2530.
  67. И.М. Теория прокатки.-М.:Металлургиздат, 1960
  68. И.М., Бринза В. И. Исследование деформации биметалла титан-сталь при прокатке./ЛДветные металлы, 1961,№ 11
  69. М.И., Аркулис Г. Э., Бригно Г. А. Энергетические принципы в задаче сжатия слойных тел.//Изв.ВУЗов.Чер.мет. 1962,№ 3
  70. Г. Э., Дорогобид А.А Теория пластичности.М. Металлургия, 1987
  71. В.Н. Динамика прокатных станов.М. .'Металлургия, 1962
  72. Ю.В., Игнатьев И. Э. Математическая модель многослойной прокатки./Теор.проблемы прокатного производства.//4 Всесоюзн.конф.-Днепропетровск, 1988, ч2,с.212−213.
  73. С.И., Корягин Н. И., Ширко И. В. Напряжения и деформация при плоской прокатке.М. .'Металлургия, 1982,255с.
  74. С.П., Гудьер Дж. Теория упругости.М.:Наука, 1979,560с.
  75. Ю.Р. Коррозия и окисление металлов.М.Машиздат, 1962,856с.
  76. М.Е. Теория термической обработки.-М. .'Металлургия, 1984,328с.80. .Горелик С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов.-М. .'Металлургия, 1978,568с.
  77. В.В. Диффузия и фазовые превращения в металлах и сплавах.-Киев: Наукова думка, 1985,232с.
  78. Физическое металловодение. Под ред. Р.Кана. М.:Мир, 1968.
  79. .С., Копецкий Ч. В., Швиндлерман JI.C. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах. М.'.Металлургия, 1986,224с.
  80. В.И., Осипов К. А. Возврат и рекристаллизация в металлах при быстром нагреве.-М.:Наука, 1964
  81. А.И., Тейндл И. И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали. М. :Металлургия, 1971,496с.
  82. Электротермическая обработка металлов и сплавов. М. Металлургия, 1978,320 с.
  83. Я.Х., Проскурин Е. В. Трубы с металлическими противокоррозионными покрытиями. М. Металлургия, 1983,160 с.
  84. В.И., Пименов В. Н. Кинетика роста фаз в системе железо-алюминий //ФиХОМ, 1980, N5,с. 104−108
  85. Электротермическая обработка и теплое волочение стали/ Хасин Г. А., Дианов А. И., Попова Г. Н. и др. М.: Металлургия, 1984,152 с.
  86. И.Э., Буланов В. Я., Концевой Ю. В., Игнатьева Е. В., Савинцев П. П. Технология получения алюминиевых порошковых покрытий и моделирование возможных в них дефектов. «Металлург», № 12, 2002. С.27−28.
  87. В.П., Чистяков B.C. Измерение быстроменяющегося температурного потока //Измерительная техника, 1968, № 5,с.45−48.
  88. Металловедение и термическая обработка стали. Справ.изд. 3-е изд., перераб. и доп. в 3-х томах. Т. 1. Методы испытаний и исследований. Под ред. Бернштейна M. JL, Рахштадта А.Г.-М.:Металлургия, 1983, 352с.
  89. С.Д., Дехтяр И. Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе.-М.:ГИФМЛ, 1960, 564с.
  90. F.J.A.den Broeder, S.Nakahara. Diffusion induced grain boundary migration and recristallization //Scr.Met. vol.17, pp.399−404 (1983)
  91. Л.Н. Механизмы диффузии в интерметаллических соединениях //Металлофизика, 1992, т. 14, N8,с. 19−36
  92. Л.Г., Хусид Б. М., Хина Б. Б. Физико-химический механизм реакционной диффузии при химико-термической обработке //Диффузионное насыщение и покрытия на металлах, — Киев.// ИПМ АН УССР, 1988, с.60−68
  93. G.Sugano, K. Mori, K.Inoue. A New Aluminium Coating Process for Steel. //Electrochemical Technology, Sept.-Oct.1968, vol.6,N9−10, pp.326−329.
  94. A.B., Трофимов Г. К., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М. .Металлургия, 1964, 222с.
  95. С.П. Устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат, 1955, с.211−213.
  96. В.Н., Буланов В. Я., Богодухов С. И., Гревнов Л. М. Термохимическая обработка порошковых сталей. Екатеринбург: УрО РАН, 1997.-482с.
  97. И.В., И.И.Телицин, Жидовинова С. В., Пастухов Э. А., Ватолин Н. А. Влияние низкочастотной звуковой обработки на реакционную способность металлического порошка.//Докл. АН СССР. 1991 .т.317,№ 4.С. 879−883.
  98. Ю.С.Авраамов, В. П. Филоненко, А. П. Груздов, А. Д. Шляпин. Изменение структуры и свойств сплавов алюминия со свинцом в процессе пластической деформации.//Металловедение и термическая обработка металлов-«Машиностроение"-М., 1984,№ 7,с.49−51.
Заполнить форму текущей работой