Донбасская государственная машиностроительная академия. Технология горячего прессования с нагревом пульсирующим электрическим током открывает новые возможности в получении изделий сложной формы из

Технология горячего прессования с нагревом пульсирующим электрическим током открывает новые возможности в получении изделий сложной формы из труднообрабатываемых металлов и сплавов. В процессе нагрева электрический ток проходит непосредственно через деформируемую заготовку и/или через контактирующий с ней инструмент. Одновременно с нагревом к заготовке прикладывают усилие, и осуществляться процесс ее деформации. Особенностью технологии является короткая продолжительность обработки, использование высокой нормы нагрева, вследствие чего минимизируется рост зерна, который способствует улучшению механических, физических или оптических свойств, и устранение необходимости спекания примесей. Однако ее недостатком является неоднородность распределения температуры и сложность ее контроля внутри порошковой заготовки. Как следствие может наблюдаться неравномерное уплотнение порошка и неоднородности свойств, что в большинстве случаев ухудшает качество изделий. Распределение температуры зависит от электрических, теплофизических характеристик, пористости прессуемого материала и ее неоднородности, конструкции и материала оснастки, контактных электрических и термических сопротивлений, конструктивных особенностей установки для горячего прессования, режимы обработки. Поэтому при разработке процесса для учета всех перечисленных параметров используют моделирование, основанное на методе конечных элементов [1].

Целью настоящей работы является исследование и анализ влияния свойств материала порошка диоксида циркония на характер распределения температурного поля при горячем прессовании с нагревом пульсирующим электрическим током.

В представленной работе исследовался нагрев порошка диоксида циркония ZrO₂, который является изолятором Порошок засыпали в матрицу с внутренним диаметром 40 мм, на высоту засыпки порошка 14,4 мм. Режим нагрева порошка был принят на основе реальных экспериментов. Скоростью нагрева порошка примерно 220ºC в минуту. Нагрев осуществлялся до температуры 1450ºC и затем выдерживался при этой температуре в течение 5 минут. Для регистрации и отработки заданного цикла нагрева температуры использовался пирометр, сфокусированный на дно отверстия в верхнем пуансоне на расстоянии 3 мм от поверхности образца. При нагреве порошка из диоксида циркония ток течет через пуансон к матрице и нагревает ее. Нагрев порошка осуществляется путем передачи тепла от пуансона и матрицы.В процессе моделирования исследовалась неравномерность температурного поля. Для этого рассматривались изменение температуры в точках на оси и боковой поверхности образца. В результате установлено, что наиболее нагретыми являются крайние точки, что является следствием контакта с нагретыми поверхностями инструмента. Для характеристики неоднородности температурного поля определялась разность температур в характерных точках

В результате установлено, что при нагреве порошка пульсирующим электрическим током возникают существенные градиенты температуры, как в осевом, так и в радиальном направлении, которые имеют схожий характер на протяжении всего процесса. Однако в процессе выдержки в течение 5 минут распределение температуры выравнивается и приобретает стационарный характер. В осевом направлении разница температур становится 16 ºС, а в радиальном – немного выше 25 ºС. Определено, что на величину температурных градиентов влияет цикл прессования, конструкция инструмента, свойства материала прессуемых изделий.

1. Vanmeensel K., Laptev A., Hennicke J., Vleugels J., Van der Biest O. Modelling of the temperature distribution during field assisted sintering. Acta Materialia, 2005, vol.53, p.

ПІДСЕКЦІЯ ТЕРМІЧНА ОБРОБКА МЕТАЛІВ

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Фурсов Є.М., керівник доц. Чмельова В.С.

Національна металургійна академія України

Деталі спеціального призначення зі мартенситно-старіючої сталі Н18К9М5Т з вмістом титану більш ніж 0,6% (масова частка), при експлуатації повільно охолоджуються з температурою 1210-1100 ^оС, що призводить до окрихчування сталі. Окрихчування виробів пов’язано з утворенням сигригацій атомів впровадження вуглецю та азоту на межі колишніх зерен аустеніту з наступним утворенням в цих зонах карбонітридів титану. Для запобігання окрихчування виробів пропонується режим термічної обробки, представлений на рисунку.

τз – час витримки при нагріві під гартування, який залежить від перетину виробу

Рис. – Графік режиму термічної обробки виробів зі сталі Н18К9М5Т

Термічна обробка полягає у нагріві до 1150-1200 ^оС, при якому карбонітриди розчиняються в аустеніті з наступним швидким охолодженням у воді, що дозволяє запобігти їх повторному виділенню. Після обробки розмір зерна аустеніту великий (№1,2) для подрібнювання зерна пропонується трьохкратне гартування при 900-925 ^оС, потім старіння протягом 2-3 годин. Після такої термічної обробки спеціальні вироби мають необхідний комплекс механічних властивостей, які забезпечують експлуатаційну надійність деталей спеціального призначення.