CLADDING OF POWDER COMPOSITION BY A METAL MELT. FREE AND FORCED IMPREGNATION

Full Text

Постановка вопроса. Существуют технологии уплотнения и дальнейшего спекания порошковой композиции в металлической оболочке[1-5]. При этом использовалось магнитно-импульсное нагружение [6, 7]. Разработана и реализована гибридная технология, сочетающая статическое и динамическое нагружения (волочение и магнитно-импульсный обжим), описанная в работах [8, 9]. Такая технология позволила, например, получать длинномерные изделия из порошка «B-Al-W»; используемые для радиационной защиты [10, 11]. Данная работа предлагает дальнейшее развития гибридной технологии, в которой металлическая оболочка заменена расплавом металла. Предлагаемое техническое решение -плакирование расплавом наружных слоев порошковой композиции. Предложена новая технологическая схема принудительной (под воздействием импульсных магнитных полей) пропитки расплавом металла наружных слоёв порошковой композиции рис. 1. В тонкостенную металлическую (алюминиевую) трубчатую заготовку (2) засыпают порошковую композицию (1). Заготовку с порошком, помещают в керамическую матрицу. Осуществляют статическую предварительную подпрессовку. Весь сборочный узел (матрица-заготовка-порошок) подаётся в печь с температурой, превышающей температуру плавления металлической оболочки. Расплавленный металл самотёком проникает в поры порошка, образуя после остывания на поверхности тонкий плакирующий слой (схема свободного плакирования) Если же сборочный узел извлечь из печи, разместить в индукторе и осуществить магнитно-импульсное воздействие на расплав (магнитное поле свободно проходит через керамику), то глубина проникновения металла в поры должна возрасти. Это схема принудительного плакирования Таким образом, нагрев оболочки до температуры расплава и воздействие на него импульсным магнитным полем (ИМП) обеспечивают проникновение металла в поры порошка. При остывании получим образец, поверхностные слои которого, пропитаны плакирующим металлом. Цель настоящей работы - экспериментально подтвердить реальность осуществления предложенного технического решение и оценить его эффективность. После свободного или принудительного плакирования образцы спекались при T= 900о . На спечённых образцах изготавливались микрошлифы. Основное внимание уделялось зонам, прилегающим к наружной поверхности плакированного цилиндра. Методика проведения эксперимента. В качестве порошковой композиции использовался порошок, химический состав которого приведен в таблице 1. Металлическая оболочка представляла собой алюминиевую(AМг6) трубу Ø 18 мм и толщиной стенки t = 1 мм. Основные размеры сборочного узла даны на рис. 2. Используемый для принудительного плакирования индуктор имел три витка (рис. 3) и подключался к магнитно-импульсной установке МИУ-10 с параметрами, приведенными в таблице 2. Программа эксперимента предусматривала оценку эффективности планирования путем варьирования магнитно-импульсного воздействия на расплав, т.е. при различных энергиях разряда МИУ на индуктор. На различных энергиях фиксировались величины разрядного тока «I». Напряженность магнитного поля «H» оценивалась по формуле: где I - ток в разрядной цепи; n - число витков индуктора; - часть длины заготовки, находящейся в индукторе. Кривые разрядного тока, полученные с помощью пояса Роговского, приведены на рис. 4. Результаты экспериментов. На рис 5 приведены фотографии микрошлифов, полученных на образцах, плакированных расплавом при различных энергиях магнитно-импульсного воздействия. На приведенных шлифах видно проникновение алюминия в порошок «B-Al-W», причем интенсивность проникновения возрастает с увеличением силового воздействия За глубину проникновения «D» принято максимальное удаление (расстояние) от поверхности порошковой композиции, где обнаруживается фрагмент алюминия (таблица 4). Расстояние от поверхности до фрагмента алюминия на микрошлифах выделено масштабной стрелкой. Фрагменты представляют собой поры порошковой композиции, заполненные расплавом алюминиевого сплава. В этих зонах процент алюминиевой составляющей возрастает от максимального значения 7,3% при W=0,3 кДж до 89,6% при W=0,5 кДж и 97,1% при W=1 кДж. По данным таблицы был построен график (рисунок 8). ВЫВОДЫ 1. Проведенный эксперимент подтвердил реальность и эффективность принудительного (импульсным магнитным полем) плакирования расплавом порошковой композиции. 2. Глубина плакирования зависит от энергии воздействия ИМП и может достигать значений эквивалентных исходной толщине алюминиевой плакирующей заготовки. 3. В зоне плакирующего слоя интенсивность «алюминиевой составляющей» возросла на 30% по сравнению с исходной структурой. 4. Таким образом, предложенное техническое решение дает возможность создания новых порошковых материалов с плакированным поверхностным слоем, состав и свойства которого определяются специальным назначением изделия (по трению, износу, твердости и др.) Рис. 1. Технологическая схема пропитки расплавом наружных слоев порошковой композиции: 1 - порошковая композиция; 2 - расплав металла; 3 - керамическая матрица; 4 - заглушки; 5 - индуктор, обеспечивающий силовое воздействие на расплав (а - свободное плакирование; б - принудительное плакирование) Таблица 1. Химический состав порошковой композиции «B-Al-W» Таблица 2. Параметры МИУ-10 Рис. 2. Основные размеры сборочного узла Рис. 3. Индуктор для принудительно плакирования с асбестовой втулкой внутри Рис. 4. Кривые разрядного тока «I» при энергиях разряда батареи конденсаторов W: 0,3; 0,5; 1 кДж. Значения W, I и H приведены в таблице 3 Таблица 3. Параметры воздействия ИМП на расплав в эксперименте Рис. 5. Структура и состав элементов спеченного образца, полученного при энергии магнитно-импульсного воздействия в 0,3 кДж Рис. 6. Структура и состав элементов спеченного образца, полученного при энергии магнитно-импульсного воздействия в 0,5кДж Внешний край образца Внешний край образца Рис. 7. Структура и состав элементов спеченного образца, полученных при энергии магнитно-импульсного воздействия в 1 кДж Таблица 4. Максимальная глубина проникновения алюминия в зависимости от энергии предварительного магнито-импульсного воздействия Рис. 8. Глубина проникновения алюминия в зависимости от энергии предварительного магнито-импульсного воздействия Внешний край образца

About the authors

Vladimir Aleksandrovich Glushchenkov

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov; Samara Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences

Email: vgl@ssau.ru
Candidate of Technical Sciences, Professor of the Department of Processing of Metals Pressure, Samara University, Head of the Department of SamRC of RAS

Irina Aleksandrovna Belyaeva

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov

Email: belyaeva-ommr@yandex.ru
Ph.D., Associate Professor of the Department of Processing of Metals Pressure, Samara University

Vyacheslav Ivanovich Pesotsky

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov

Leading Engineer, Samara University

References

Supplementary files