2.3 Матеріали, устаткування і методика досліджень

Для проведення досліджень були використані наступні порошки: порошок алюмінію (марки ПА-4), титану (марки ПТХ-80) і лампова сажа П514 (ГОСТ 7885).

2.3.1. Приготування карбідовміщуючої лігатури системи Al-Ti-c

Першим етапом роботи є приготування порошкових сумішей, з елементарних порошків Al, Ti та C, для отримання карбідовміщуючої лігатури системи: Al – Ti – C, вміст компонентів 45al, 44Ti та 11C (мас. %), виходячи із співвідношення 20% C - 80% Ti.

Всі математичні розрахунки тут і в подальшому проводилися з використанням пакету програм Microsoft Office Excel 2007.

Розрахунок наважки шихти для пресування проводиться за формулою:

Gn=Vnγср(1-f)k1k2,

(2.8)

де: V_n-об´ем пресовки, що визначають по заданому відношенню H/d = 0,5…0,8, d – діаметр пресовки, H – висота пресовки, H – (0,5…0,8)d; а V_n = π d² H/4; k₁ k₂ – коефіцієнти, що враховують втрати матеріалу (k₁ = 1,005…1,01; k₂ – визначають по вмісту кисню у вихідному матеріалі, зв´язуючих речовин, мастил). γ_k – середня густина багатокомпонентної шихти, що визначається за законом адитивності:

γср=(γ1 γ2 γ3… γn)/(γ2γ3… γn а1+γ1γ3… γn а2+…γ1γ2 γ3… γn а(n-1)),

(2.8)

де: γ₁ γ₂ γ₃ – густини окремих компонентів шихти; а₁,а₂,а₃ – масова частка окремих компонентів шихти.

Розрахунок проводили виходячи з таких вихідних даних, що: d = 30 мм, H = 15 мм, з заданою вихідною пористістю f = 0,2 (20%); приймаючи: k₁ = 1,001, k₂ = 1.

Отже для суміші системи Al-Ti-C: γ_ср^Al-Ti-C = 3,194 г/см³, G^Al-Ti-C = 36,43 г, відповідно:

G^Al = 16,58 г;

G^Ti = 15,88 г

G^C = 3,97 г.

Було приготовано шихту, вказаного складу, що відповідали масі необхідної на три зразка для кожної температури випробування.

Змішування елементарних порошків

Змішування елементарних порошків для приготування карбідовміщуючої лігатури та першої партії алюмоматричних композиційних матеріалів проводили в лабораторному баночному змішувачі типу «п'яна бочка» (рис ….) у розчині машинного масла і бензину з використанням тіл що інтенсифікують процес змішування, запобігаючи розшаровуванню порошкових компонентів шихти. Тривалість процесу змішування складає 1 годину, швидкість обертання 60 об/хв. Після змішування порошкова суміш просушувалась до повного випаровування залишків масла і бензину, з неї видалялися єрши. Далі складалися наважки згідно вказаного вище розрахунку.

Рис. … Змішувач типу «п'яна бочка»

Наступним кроком було спресувати отриману суміш елементарних порошків для подальшого спікання. Пресування проводилося на гідравлічному пресі ГП-60. Зразки після холодного пресування в нероз'ємній пресформі при тиску 500 МПа представляли собою циліндричні брикети діаметром 30 мм і висотою 15 мм (рис. …). Для з апобігання налипання порошку на стінки пресформи їх змащували мильним розчином нітриду бору BN.

Рис. … Заготовка після пресування Рис. …. Схема пресування порошку

Спікання карбідовміщуючої лігатури

Термообробку брикетів карбідовміщуючої лігатури проводили в установці непрямого індукційного нагріву при температурі 950-1200 ºС протягом 1 годину. Зразки розташовували в графітовому контейнері та поміщали в герметичну камеру заповнену технічно чистим аргоном, в якій був попередньо створений вакуум. Охолодження зразків проводили разом з піччю.

Рис.4.1.5.1 Лігатура після спікання Рис.4.1.5.2 Розлом спеченої заготівки

Переваги індукційного нагріву:

1) Передача електричної енергії безпосередньо в нагріваєме тіло дозволяє здійснити прямий нагрів провідникових матеріалів. При цьому підвищується швидкість нагріву в порівнянні з установками непрямої дії, в яких виріб нагрівається тільки з поверхні.

2) Передача електричної енергії безпосередньо в нагріваєме тіло не вимагає контактних пристроїв. Це зручно в умовах автоматизованого потокового виробництва, при використанні вакуумних та захисних засобів.

3) Завдяки явищу поверхневого ефекту максимальна потужність, виділяється в поверхневому шарі нагріваємого виробу. Тому індукційний нагрів при загартуванні забезпечує швидке нагрівання поверхневого шару виробу. Це дозволяє отримати високу твердість поверхні деталі при відносно вузький середині. Процес поверхневого індукційного загартування швидше і економічніше інших методів поверхневого зміцнення виробу.

4) Індукційний нагрів в більшості випадків дозволяє підвищити продуктивність і поліпшити умови праці.

Рис.4.1.5.3. Лабораторна установка непрямого індукційного нагріву

Розмел порошку лігатури на планетарному млині

Розмел спеченої композиції проводили у планетарному млині, моделі ВПК2111У2, в середовищі етилового спирту, за режимом:

• 2,5 хв розмел,

• 15 хв зупинка та охолодження млина,

• 2,5 хв розмел.

Отримана емульсія вивантажувалася з барабанів разом з розмеленими тілами в піддони та просушувають на повітрі при кімнатній температурі до повного висихання, випаровування етилового спирту (приблизно на протязі доби). Після чого проводилося зважування отриманого порошку (див. таб. 2.3).

Таблиця 2.3  Втрати маси на операції розмелу порошкових сумішей

Склад порошкової суміші	Маса до розмелу, г	Маса після розмелу, г
Al – Ti – C	300	272,4