авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 10 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Томский политехнический университет X Всероссийская школа-семинар с международным участием г. Томск, 9 – ...»

-- [ Страница 7 ] --

К сожалению, не всегда возможно сделать однозначные выводы о механизме травления образцов титана и о структуре приповерхностного слоя только на основе Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении микроанализа. Поэтому был выполнен атомно-силовой микроскопический (АСМ) анализ поверхности титана до и после травления. Компьютерное моделирование АСМ изображений, полученных при травлении образцов титана (нанолаборатория NtegraAura, Nanoeducator – Нано-Центр ТПУ), обеспечивает более полное понима ние физико-химических процессов происходящих на границе жидкость – твердое тело. Шероховатость поверхности, оцениваемая по АСМ изображению (рис. 2), ис пользуется как количественный параметр, который описывает кинетику формиро вания микро- и нанорельефа при травлении.

Таблица 1 - Результаты микроструктурного анализа образцов титана ВТ1-0 по сле их травления в течение 50 мин.

Состав тра- Толщина стравленного слоя, вителя мкм Скорость Вид поверхности под NH4F :

Сме травления Vт, микроскопом H3РO4, весовой ме- микрометри сь мкм/мин моль/л тод ческий метод Микронеровности, ло 1 0,2 : 2 0,0356 1,67 2 кально недотравленная поверхность 2 0,2 : 10 0,0467 2,22 3 То же 3 0,3 : 3 0,0778 4,0 4 – – 4 0,3 : 10 0,0622 2,89 3 – – Микронеровности, ям 5 0,4 : 3 0,1511 7,4 ки травления 6 0,4 : 8 0,1156 5,67 6 То же 7 0,6 : 6 0,2111 10,56 10 – – в а г б Рисунок 2 - 3D-модель изображений АСМ-анализа поверхности образцов титана ВТ1-0 при травлении в смеси NH4F : H3РO4= 0,6 : 6 моль/л в течение времени, мин:

а – 1, б – 20, в – 35, г – Выводы В ходе исследований путем селективного травления в структуре титана были выявлены дефекты внутрикристаллического строения – дислокации, точки выхода которых на поверхность образцов после травления принимают вид так называемых ямок травления: высотой до 10 и диаметром до 30 мкм.

Список литературы 1. Усова В.В., Плотникова Т.П., Кушакевич С.А. Травление титана и его спла вов. – М.: Металлургия, 1984. – 127 с.

2. А. с. 1436774 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/306. Травитель / Н.А. Богатырева, Т.И. Гузеева, Т.С. Папина, И.Н. Стукалова (СССР). – № 4120874/31-25;

За яв.17.09.86;

Опубл. 08.07.88.

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ИМПУЛЬСНОЙ СВАРКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МАРГАНЦОВИСТЫХ СТАЛЕЙ С.А ШАКИРОВ, В.П.БЕЗБОРОДОВ Томский политехнический университет При длительной эксплуатации оборудования изделия подвергаются износу.

Это в значительной степени касается и сварных соединений, что сказывается на их свойствах. В данной работе были проведены эксперименты, по изучению влияния процесса импульсной сварки на структуру, распределение твердости и механиче ские свойства сварных соединений труб из стали Х67 производства ФРГ (россий ский аналог сталь 10Г2С) диаметром 1420мм с толщиной стенки 16мм и проведено сравнение со стационарным режимом сварки. Для проведения исследований ис пользовались фрагменты, размером 140 300мм, вырезанные из труб. Образцы для механических испытаний были вырезаны поперек сварного соединения, так, чтобы шов располагался посередине рабочей части образца. Был применен способ ручной дуговой сварки. Измерения микротвердости проводились на приборе ПМТ – 3 при нагрузке на индентор 0,5 – 1Н вдоль трех слоев – корневом, заполняющим и обли цовочным, а также в зонах – шве, зоне термического влияния, основном металле.

Определяли следующие механические свойства: предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение, усталостная прочность. Испытания проведены на гидравлической машине ‘Hydropuls” серии PSA10 фирмы ‘Schenck” по схеме циклического растяжения с max=400±1МПа.

Форма цикла – синусоидальная. Частота цикла – 10 Гц. Все образцы доведены до разрушения При использовании импульсной технологии сварки в зоне соединения фор мируются более дисперсные структуры, чем после стационарного режима сварки (рис.1). Размер зерна в облицовочном слое и зоне термического влияния уменьшает ся в 1,5 – 2 раза. Формирование более дисперсной структуры при импульсном ре жиме сварки можно объяснить тем, что при таком режиме тепловое воздействие со четается с ударным, происходит постоянное перемешивание расплава и измельче ние структуры.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении а б в Рисунок 1 - Структура металла из стали 10Г2С: основной металл (а), ЗТВ после стационарного (б) и импульсного (в) режима сварки, Проведенные измерения микротвердости позволили оценить прочностную однородность шва, для обоих режимов сварки. При импульсном режиме наблюдает ся новое распределение микротвердости по сравнению со стационарным режимом (рис.2).

а б Рисунок 2 - Распределение микротвердости в сварном соединение стали типа 10Г2С: а) вдоль середины шва от корневого слоя шва к облицовочному слою при им пульсном режиме сварки б) вдоль середины шва от корневого слоя шва к облицо вочному слою при импульсном режиме сварки Уровень микротвердости в сварном шве ниже, чем при стационарном режи ме, однако повышается его пластичность, что подтверждается результатами меха нических испытаний. Испытания образцов при статическом нагружении растяжени ям показали высокую прочность сварных швов, сформированных по обеим техноло гиям, образование шейки и разрушение происходили во всех случаях по основному металлу. Установлено, что предел прочности и текучести, а также относительное сужение образцов при переходе от стационарного режима к импульсному практиче ски не меняются, а относительное удлинение возрастает в среднем на 20% (табли ца 1).

Таблица № Механические свойства,%,% 02,МПа В,МПа Режим сварки 1. Стационарный 454 540 20,3 62, 2. Импульсный 448 536 24,6 60, Это, связано с тем, что при сварке использовались электроды, материал ко торых имеет близкий к материалу основы химический состав, в результате чего, не смотря на образование шейки и разрушение образцов по основному металлу все зо ны сварного соединения участвуют в процессе деформации при растяжении, а полу чаемые при импульсном режиме дисперсные структуры повышают пластичность зон сварного соединения. Для образцов из стали 10Г2С были проведены испытания на циклическое растяжение, а также исследование структуры и измерение микро твердости. По результатам измерения микротвердости были построены графики (рис. 2).

При импульсном режиме сварки а) б) в) При стационарном режиме сварки в) г) д) Рисунок 2 - Распределение микротвердости в сварном соединение стали 10Г2С вдоль облицовочного слоя от середины шва к основному металлу в сварном соеди нении стали 10Г2С, полученном при импульсном режиме Структура стали 10Г2С ферритно – перлитная после обоих режимов сварки.

После импульсного режима сварки размер зерен уменьшается в 1.3 – 1,6 раз в об лицовочном слое и 3,5 раза в заполняющем слое по сравнению со стационарным режимом сварки. После импульсного режима сварки по сравнению со стационар ным режимом, формируется более дисперсная (рис.3) структура в облицовочном и заполняющем слоях и в зоне термического влияния. Сварные конструкции в про цессе работы часто подвергаются повторно – переменным нагрузкам, в результате чего многократно повторяющиеся нагрузки часто вызывают разрушение металла.

Испытания на усталостную прочность показали, что структурные изменения после импульсного режима обеспечивают повышение средних значений усталостной прочности образцов до 2 раз (таблица 2) а б Рисунок 3 - Структура металла из стали 10Г2С:

ЗТВ после стационарного (а) и импульсного (б) ре жимов сварки, Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Таблица 2 - Средние значения усталостной прочности сварных соединений стали 10Г2С после сварки электродом типа ОК 74.70 (Швеция) Зона сварного Число циклов соединения стационарный режим сварки импульсный режим сварки Шов 70255 ЗТВ 79470 Таким образом по качеству, однородности, дисперсности структуры, уровню механических свойств и однородности распределения твердости сварные швы, по лученные при импульсном режиме сварки, имеют явные преимущества перед шва ми, полученными при стационарном режиме.Формируются более дисперсные по сравнению со стационарным режимом структуры, повышается усталостная проч ность, а также пластичность сварного соединения без снижения его основных проч ностных свойств.

Список литературы 1. Жадан В.Т., Полухин Л.И., Нестеров А.Ф., Вишняков А.Ф., Гринберг Б.Г..

Материаловедение и технология материалов. Учебник для вузов. М.: Метал лургия, 1994 – 624 с.

2. Сараев Ю.Н., Полетика И. М., Козлов А.В. и др. Влияние режима сварки на структуру распределения твердости и механических свойств сварных соеди нений паропроводов // Сварочное производство – 2002. №8. – С 3 – 8.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕССОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ НАНОПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА Д.Д. САДИЛОВ, С.В. МАТРЕНИН Томский Политехнический Университет Введение Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе благодаря высокой жаропрочно сти, находят все более широкое применение во многих отраслях промышленного производства: в космической технике, ракето- и самолетостроении, металлургии, энергетике, химической промышленности и т.д. Вследствие высокой температуры плавления эти материалы и изделия из них производят практически только метода ми порошковой металлургии [1, 2]. В связи с этим, существенный теоретический и практический интерес представляет исследование активации процесса спекания ту гоплавких металлов с целью повышения плотности спеченных изделий, получения более мелкозернистой структуры и улучшения их эксплуатационных характеристик.

В [3] показано, что эффективным методом активирования процесса спекания явля ется применение нанодисперсных порошков (НП), поведение которых при прессо вании и спекании существенно отличается от поведения порошков, обычно исполь зующихся в порошковой металлургии.

Целью работы было исследование процессов формования и спекания НП вольфрама и молибдена с добавками НП никеля, оценка структуры и свойств спе ченных материалов.

Эксперимент Для исследований использовали электровзрывные НП W, Mo и Ni с диамет ром частиц до 100 нм [4]. НП отжигали в вакууме при 750°С в течение 2 часов. По рошковые шихты получали мокрым смешиванием НП W и Mo с добавкой 1 мас. % НП Ni в спирте и пластификацией смесей каучуком. Пластифицированные смеси формовали статическим прессованием в стальной пресс-форме под давлением МПа. Прессовки спекали в вакууме и аммиачной плазме тлеющего разряда [5, 6] при температуре 1175…1450°С. Время изотермической выдержки составляло 1 ч.

Использовали следующие методики исследования: определяли насыпную плотность и текучесть порошков, плотность прессовок, плотность спеченных образ цов с помощью гидростатического взвешивания, микроструктуру, остаточную по ристость, характер и распределение пор (металлографический микроскоп Альтами М). Индентирование осуществляли с помощью прибора Nano Indenter G200 (MTS Nano Instrumets, 701, Scarboro Road, Suite 100, Oak Ridge, TN 37830, USA). В качест ве индентора использовали пирамиду Берковича, нагрузка составляла 500 мН (50 г).

Конструкция прибора позволяет выводить диаграмму внедрения индентора на мо нитор в режиме реального времени. Первичные данные – нагрузка и глубина вне дрения. По диаграмме внедрения прибор автоматически рассчитывал модуль упру гости EIT и микротвердость HIT в соответствии со стандартом ISO 14577.

В таблице 1 приведены расчетные значения плотности прессовок п и их от носительной плотности п. Были получены по 3 прессовки каждого состава при одинаковом давлении прессования. Рассчитанные значения плотностей затем ус реднялись.

Таблица 1 – Плотность прессовок п, г/см3 п, % № п/п Состав 1 6,8 Mo-Ni 2 6,6 3 6,7 4 6,67 Mo 5 6,64 6 6,63 7 11,57 W 8 11,57 9 11,64 10 12,42 W-Ni 11 11,75 12 11,74 На рис. 1 и в таблице 2 приведены результаты измерения плотности и усадки спеченных прессовок исследованных составов, а также данные испытаний на ин дентирование. Для сравнительной оценки указаны значения гомологической темпе ратуры спекания Тсп/Тпл и относительной плотности сп. Температура спекания 1175°С соответствовала гомологической 0,4 для W и 0,5 для Mo, 1313°С – 0,45 и 0,55, 1450°С – 0,5 и 0,6 соответственно.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Таблица 2 - Свойства образцов, спеченных в вакууме HIT, сп, г/см3 сп, % У, % EIT, МПа № п/п Состав tсп,°С МПа 1 1450 9,39 92 11,2 264422 Mo-Ni 2 1313 8,25 86 8,2 - 3 1175 7,65 75 5,2 - 4 1450 8,17 80 7,3 203251 Mo 5 1313 7,67 74 5,4 - 6 1175 7,12 69 2,8 - 7 1450 11,53 60 0,2 - W 8 1313 11,56 60 0,3 - 9 1175 11,62 60 0,4 - 10 1450 16,98 88 10,5 322091 W-Ni 11 1313 15,64 80 8,4 - 12 1175 14,47 74 7 - Рисунок 1 - Зависимость относительной плотности образцов от гомологической температуры спекания Видно, что прессовки из НП W практически не спеклись при данных темпе ратурах, но добавление НП Ni резко активировало процесс спекания. Молибдено вые прессовки спекались при указанных температурах, однако имели значительную пористость. И в этом случае добавка НП Ni существенно активировала спекание.

Модуль упругости EIT и микротвердость HIT определяли только у образцов, которые спеклись до плотности более 80%.

В таблице 3 приведены результаты измерения плотности и усадки прессовок, спеченных в аммиачной плазме тлеющего разряда, их модуль упругости и микро твердость. Образец вольфрама без добавки никеля, как и в случае вакуумного спе кания, практически не уплотнился. Очевидно, что температура 1450°С (0,5 Тпл) не достаточна для твердофазного спекания НП W. Добавка 1 % Ni в виде НП в исход ную шихту активировала спекание вольфрама. Модуль упругости спеченного леги рованного никелем вольфрама близок к табличному (398 ГПа) [2]. Сравнение ре зультатов спекания прессовок из НП W в вакууме и в аммиачной плазме тлеющего разряда показало, что во втором случае образцы при примерно одинаковой плотно сти имели более высокие значения модуля упругости и, особенно, микротвердости.

Этот эффект объясняется тем, что спекание порошковых прессовок в плазме тлею щего разряда являются активированным, что было показано в работах [5, 6].

Таблица 3 - Свойства образцов, спеченных в плазме HIT, сп, г/см3 сп, % У, % EIT, МПа № п/п Состав tсп,°С МПа 1 Mo-Ni 7,86 77 5,3 257450 2 Mo 6,83 66 0 172696 3 W 11,87 61 0 - 4 W-Ni 16,33 84 10,4 394156 Заключение При выполнении работы были исследованы процессы формования и спека ния НП вольфрама и молибдена с добавками НП никеля, определены плотность, усадка, модуль упругости и микротвердость спеченных образцов. Установлено по ложительное влияние влияния добавки НП никеля на процесс уплотнения прессовок при спекании, которое приводит к повышению механических свойств спеченных тугоплавких металлов. Показано, что образцы, полученные прессованием НП W с добавкой НП Ni и спеканием в плазме тлеющего разряда, имеют более высокие зна чения модуля упругости и твердости по сравнению с образцами, спеченными в ва кууме.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, проект НК – 616П(8).

Список литературы 1. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. – М.: Метал лургия, 1991. – 432 с.

2. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая об работка цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 2005. – 432 с.

3. Матренин С.В., Ильин А.П., Слосман А.И., Толбанова Л.О. Спекание нано дисперсного порошка железа // Перспективные материалы. – 2008. – №5. – С.

81 – 87.

4. Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, при менение / Под ред. А.П.Ильина. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. – 148 с.

5. Слосман А.И., Матренин С.В. Электроразрядное спекание керамики на осно ве диоксида циркония // Огнеупоры, 1994. - №9.- С.24-27.

6. Матренин С.В., Слосман А.И., Мячин Ю.В. Спекание железотитанового сплава в аммиачной плазме тлеющего разряда // Металловедение и термиче ская обработка металлов (МИТОМ), 2007. - № 6. - С. 17-23.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении УПРОЧНЯЮЩАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ ШХ15 И Х12Ф С.С.АНОХИН Томский политехнический университет Холодная штамповка — это один из видов обработки металлов давлением, при котором металл деформируется пластически в холодном состоянии [1]. В зави симости от вида исходного материала и типа изделия холодная штамповка может быть листовой или объемной.

Холодной объемной штамповкой изготовляют изделия из объемных загото вок - главным образом из пруткового материала. Холодной объемной штамповкой получают крепежные детали (болты, гайки, заклепки), шарики, ролики, кольца под шипников, многие детали автомобилей (например, поршневые пальцы), самолетов, тракторов и других машин [1].

По сравнению с обработкой резанием холодная штамповка позволяет сокра тить расход металла, так как металл не отделяется в стружку, уменьшить трудоем кость изготовления изделий и повысить производительность труда. Одновременно холодная обработка давлением обеспечивает упрочнение обрабатываемого металла, что позволяет делать детали более легкими, менее металлоемкими и более износо стойкими [1]. Эти же преимущества позволяют заменять литые детали штампован ными. Кроме этого, преимущества холодной штамповки по сравнению с литьем за ключаются в том, что холодноштампованные изделия почти не требуют последую щей обработки резанием, в то время как литые детали подвергаются значительной обработке резанием.

Основными операциями холодной объемной штамповки являются: раздели тельные (отрезка, пробивка) и формоизменяющие (осадка, высадка, выдавливание, калибровка, чеканка и некоторые др.)[1].

В шарикоподшипниковом производстве имеет место технологический про цесс холодной штамповки. С помощью штамп- пресса из прутка получают деталь.

Для этого штамп- пресс оборудован двумя основными штампами, так называемые обрезная матрица и матрица для ударной нагрузке.

Пруток 1 подается до упора 2, поперечным движением обрезной матрицы отрезается заготовка требуемой длины и последовательно переносится с помощью специального механизма в позицию матрицы ударной нагрузке, после чего получа ют определенную деталь [2].

Рисунок 1 - Холодная штамповка Стали, предназначенные для штампов холодной пластической деформации, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетаю щейся с достаточной вязкостью, пластичностью. В процессе деформирования с большей скоростью штампы разогреваются до температуры 200–450°С. Поэтому стали должны быть теплостойкими и иметь минимальные объёмные изменения при закалке.

При крупных штампах необходимо обеспечить высокую прокаливаемость и небольшие объемные изменения при закалке. Если в процессе термической обра ботки произойдет искажение сложной фигуры штампа, то необходимо будет произ водить доводку штампа до требуемых размеров. Наиболее часто применяют стали, состав которых и термическая обработка приведены в таблице 1 [3].

Работа выполнялась на ЗАО “Томский Подшипник”.

Таблица 1 – химический состав и термическая обработка штамповых сталей Температура в оС Марка Химический состав в % HRC стали C Cr V прочие закал- отпуска ки Х12Ф1 11 0,7 - 1070 61- 1,2-1,45 1120 60- 500- Х12М 11 0,15 0,4-0,6Mo 1,45-1, 1030 62- Х6ВФ 5,5 0,4 1,1-1,5W 1150 60- 1,05-1,15 500- 960 61- 4ХВ2С 1,0 - 2,0-2,5W 0,35-0, 0,6-0,95Si 880 53- 5ХВ2С 1,0 - 2,0-2,5W 0,45-0,54 870 53- 0,5-0,85Si 48- В нашем случае обрезная матрица получена из стали Х12Ф1, а матрица удар ной нагрузки из стали ШХ15. Эти матрицы должны сочетать в себе высокую твер дость рабочей поверхности с большей общей ударной вязкостью. Для достижения этого сочетания проводят определенную упрочняющую термическую обработку, что и рассмотрим ниже отдельно для каждой матрицы. Обрезная матрица и матрица ударной нагрузки должны иметь твердость HRC 57-59 и HRC 59-61 соответственно.

Режим закалки для стали Х12Ф1 заключается в высокотемпературной сту пенчатой закалке:

1-ый подогрев в ванне-печи до 300 – 350оС • 2-ой подогрев в ванне-печи до 650 – 700оС • Окончательный нагрев в ванне-печи до 1000 – 1020оС • Первый и второй подогрев проводится медленнее для превращения перлита в аусте нит и выдерживается до выравнивания нужных температур по сечению детали.

Ступенчатый нагрев под закалку производим в соляной ванне. Широкое примене ние этого метода обусловлено следующими преимуществами: высокой интенсивно стью и равномерностью нагрева;

возможностью осуществления местного нагрева, предотвращением окисления и обезуглероживания, жидкая среда защищает нагре ваемый инструмент от непосредственного воздействия воздуха, препятствует окис Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении лению его поверхности в процессе нагрева, в момент переноса закаленного инстру мента в охлаждающую среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка за стывшей соли, которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процес се охлаждения [4].

Ступенчатость нагрева нужна для того, чтобы обеспечить равномерный про грев по сечению, уменьшить внутренние напряжения и деформацию, и снизить опасность образования трещин.

При нагреве инструмента под закалку используем наиболее распространен ную соль БМ3Ю состав по массе 96,9% BaCl2+3MgF2+0,1B;

tплав=940оС, tприм=1050 1300оС. Ректификаторы вводятся (через каждые 4 часа) отдельно:

1. Бура 0,5% 2. Ферромлиций 0,3% 3. Фтористый магний 0,5% Закалку проводим в печи-ванне электродной, рабочей температуре 1230 – 1260оС, с max рабочей температурой 1300оС.

После закалки твердость стали Х12Ф1 HRC 63 – 65. Микроструктура М + КI(5-10%) + Aост(до 20%) После закалки обязательно делаем отпуск для получения более стабильного состояния сплава. Он снимает напряжение, остаточный аустенит и обеспечивает окончательные свойства сталям.

В процессе отпуска происходит выделение из твердых растворов дисперси онных карбидов и превращение Аост объединяется в мартенсит. Аост объединяется при нагревах с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит. В результате отпуска твердость повышается до HRC 57 59 (одновременно повышается и предел прочности). Структура сталей после отпус ка состоит из Мотп+КI (10 -15%)+Аост(до 10%) Отпуск для стали Х12Ф1 следующий: однократный 1,5 часовой с температу рой 350 – 400оС. Отпуск проводим в стандартной электродной соляной ванне с формой рабочего пространства в виде шестигранной призмы типа с max рабочей температурой 1300оС.

В качестве среды для отпус ка используем расплав соли: 30% BaCl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2, с tплав = 450оC, tраб = 500 – 675оС После проведения закалки и отпуска сталь Х12Ф1 обладает следующими свойствами: твер дость HRC 59, теплостойкость T=420оС, удовлетворительная прочность и вязкость, высокое со противление малым пластическим деформациям. Структура стали:

М+КI(10-15%)+Аост(до 10%) Закалка стали ШХ15 заклю чается в высокотемпературном на греве в камерной печи.

подогрев в камерной печи до 860 – 870оС • • выдержка 15 минут.

После погружаем в бак с водой, где укладываем на специальный столик, к которому подведена струя воды под давлением 2,0-2,5 атм. Это обеспечивает интен сивное охлаждение рабочего гнезда матрицы (рисунок 2). По прошествии 55-60 се кунд матрицу вынимаем из воды и переносим в масло, где ее охлаждаем с интен сивным качанием [4].

После закалки матрицу подвергаем отпуску в масле при 170-180 оС в течение 3-4 часов. Твердость рабочего гнезда после отпуска HRC 61.

После шлифования матрицу подвергаем вторичному отпуску при 150 оС в течении 3-4 часов для снятия остаточных напряжений, возникших при шлифовании.

Подводя итоги, стоит подметить, что приведенные режимы весьма качест венно повлияли на свойства стали: твердость стали ШХ15 достигла HRC 61, а твер дость стали Х12Ф1 достигла HRC 59, также достиглась удовлетворительная проч ность и вязкость, высокое сопротивление малым пластическим деформациям, что и следовало получить. Таким образом можно смело использовать эти режимы в про изводстве. Судя с экономической точки зрения использование печи выгоднее, чем использование соляной ванны, соли для нее дорогостоящие. Хотя с другой стороны соляная ванна позволяет достичь равномерного нагрева до высоких температур. В заключении добавлю, что использование хромистой стали ШХ15 весьма целесооб разней, чем использование высокохромистой стали Х12Ф1.

Список литературы 1. Технология производства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль:

Учеб. – Мн. Выш. Школа, 2004 – 347с.

2. Поздняк Л.А. Штамповые стали – М.: Металлургия, 1980г. – 244с.

3. Поздняк Л.А. Инструментальные стали: справочник – М.: Металлургия, 1977г. – 167с.

4. Деордиева Н.Т. Штамповые стали – М.: Машиностроение, 1966г.-149с.

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ СПЕЧЕННЫХ НАНОПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА Ю. В. ДУТЛОВА, С. В. МАТРЕНИН Томский Политехнический Университет Введение Индентирование было разработано в течение последнего десятилетия с це лью зондирования механических свойств материалов очень малых объемов. Инден тирование идеально подходит для исследования тонких пленок, покрытий и поверх ностных слоев. Поскольку отпечатки располагаются на расстоянии около 1мкм, ин дентирование также дает возможность получения пространственного распределения поверхностных механических свойств на участке материала с хорошим разрешени ем, например, можно исследовать механические свойства в пределах сварного шва.

Даже тогда, когда образец достаточно велик, чтобы быть проверенным с помощью Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении других средств, индентирование зачастую остается предпочтительным методом, по тому что оперирует с небольшими образцами [1].

Общее описание процесса индентирования и обработки данных Когда индентор вдавливается в материал, упругая и пластическая деформа ции приводят к образованию отпечатка в соответствии с формой индентора на оп ределенной глубине hc. Как только индентор поднимается, упругая деформация вос станавливается, это восстановление позволяет определить упругие свойства мате риала.

Экспериментальная первичная кривая «нагрузка – внедрение» (диаграмма внедрения), непрерывно получаемая в процессе индентирования, показана на рис.1.

По диаграмме определяются следующие величины: пиковая нагрузка и глубина проникновения индентора Pmax и hmax, остаточная глубина после разгрузки hf, и на клон начальной части кривой разгрузки S=dР/dh. Наклон S имеет размерность силы на единицу расстояния, и также известен как упругая жесткость контакта.

Рисунок 1 - Кривая «нагрузка – внедрение», получаемая в процессе индентирования Твердость исследуемой поверхности H определяется по следующей формуле:

H=P/A, (1) где Р – нагрузка, прилагаемая к испытуемой поверхности, A – площадь кон такта под нагрузкой.

Модуль упругости исследуемого образца E определяется из приведенного модуля Er, который рассчитывается по формуле:

(S ) Er =. (2) 2 A является константой, которая зависит от геометрии индентора. Формула (2) определена в теории упругости и справедлива для любого индентора, который мо жет быть охарактеризован как тело вращения. Уравнения было получено для осе симметричного индентора, и формально относится только к круговым контактам, для которых =1. Тем не менее, было показано, что уравнение работает и тогда, ко гда геометрия индентора не осесимметрична, при условии, что используются раз личные значения. Для индентора с квадратным сечением (пирамида Виккерса) =1,012, для треугольного сечения (пирамида Берковича) =1,034.

Модуль упругости исследуемого материала E рассчитывается с помощью выражения:

(1 2 ) (1 i2 ) = +, (3) Er E Ei где – коэффициент Пуассона исследуемого материала, Еi и i – модуль уп ругости и коэффициент Пуассона материала индентора. Для алмаза Ei=1141 ГПа и i=0,07. Может показаться нелогиным, что нужно знать коэффициент Пуассона ма териала, чтобы вычислить его модуль, поскольку даже грубая погрешность, напри мер = 0,25 ± 0,1, вносит только около 5% неопределенности в расчетное значение E для большинства материалов.

Эксперимент Целью работы являлось исследование процесса наноиндентирования спечен ных образцов, полученных прессованием нанопорошков (НП) вольфрама и молиб дена и влияния добавки НП никеля на их механические свойства.

Для исследований использовали электровзрывные НП W, Mo и Ni с диамет ром частиц до 100 нм. НП отжигали в вакууме при 750°С в течение 2 часов. Порош ковые шихты получали мокрым смешиванием и пластификацией смесей каучуком.

Порошковые смеси формовали статическим прессованием в стальной пресс-форме под давлением 200 МПа. Прессовки спекали в вакууме и плазме тлеющего разряда при температуре 1450°С. Время изотермической выдержки составляло 1 ч.

Наноиндентирование осуществляли с помощью прибора Nano Indenter G (MTS Nano Instrumets, 701, Scarboro Road, Suite 100, Oak Ridge, TN 37830, USA). В качестве индентора использовали пирамиду Берковича, нагрузка составляла 500 мН (50 г). Конструкция прибора позволяет выводить диаграмму внедрения индентора на монитор в режиме реального времени. Первичные данные – нагрузка и глубина внедрения. По диаграмме внедрения прибор автоматически рассчитывал модуль уп ругости EIT, микротвердость HIT и долю упругой работы, IT в соответствии со стан дартом ISO 14577.

На рис.2. приведены диаграммы внедрения образцов. По наклону кривой раз грузки можно видеть, что наиболее жесткими являются образцы, содержащие до бавку никеля.

Минимальная глубина внедрения индентора, которая определяет площадь контакта и твердость материала, получена на образцах, спеченных с добавкой нике ля. Результаты испытаний образцов из W, не содержащих добавку Ni не указаны, поскольку данные образцы имели высокую пористость после спекания при 1450°С.

Значения модулей упругости и твердости приведены также в таблице. Обращает на себя внимание весьма хорошее соответствие экспериментально определенного мо дуля упругости (394,2 ГПа) для W указанному в [2] (398,8 ГПа). Для Mo ‘эти значе ния составили 257,5 ГПа и 329,3 ГПа соответственно.

Из рисунков и таблицы также видно, что вольфрамовые образцы, которые были спечены в плазме тлеющего разряда, имеют более высокие значения модуля Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении упругости, и особенно, твердости. Этот эффект объясняется тем, что спекание по рошковых прессовок в плазме тлеющего разряда являются активированным, что было показано в работах [3,4].

а) б в) г) Рисунок 2 - Диаграммы внедрения спеченных образцов: а –Mo, спекание в плаз ме, б – Mo - 1%Ni, спекание в плазме, в – W - 1%Ni, спекание в плазме, г – W 1%Ni, вакуумное спекание Таблица – Результаты наноиндентирования спеченных образцов № Состав Модуль уп- Твердость, Твердость по Доля упру об- ругости, EIT, HIT, МПа Мартенсу, HM, гой работы, разца МПа МПа IT, % 1 Mo, спекание 172696 1769 1526 6, в плазме) 2 Mo - 1%Ni, 257450 3063 2597 8, спекание в плазме 3 W - 1%Ni, спе- 394156 4131 3511 7, кание в плазме 4 W - 1%Ni,, 322091 3426 2919 7, вакуумное спекание Заключение В результате выполненной работы были определены модуль упругости, твер дость и доля упругой работы спеченных образцов, полученных прессованием нано порошков (НП) вольфрама и молибдена и установлено положительное влияние влияния добавки НП никеля на указанные механические свойства. Показано, что образцы, спеченные в плазме тлеющего разряда, имеют более высокие значения мо дуля упругости и твердости.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, проект НК – 616П(8).

Список литературы 1. Инструменты из сверхтвердых материалов / Под ред. Н. В. Новикова. – М.:

Машиностроение, 2005. – 555 с.

2. Колмачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для вузов. – 4-е изд., пере раб. и доп. – М.: МИСИС, 2005. – 432 с.

3. Слосман А.И., Матренин С.В. Электроразрядное спекание керамики на осно ве диоксида циркония //Огнеупоры, 1994, №9.- С.24-27.

4. Матренин С.В., Слосман А.И., Мячин Ю.В. Спекание железотитанового сплава в аммиачной плазме тлеющего разряда //Металловедение и термиче ская обработка металлов (МИТОМ), 2007. - № 6. - С. 17-23.

СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ СПЕЧЕННОГО НАНОПОРОШКА ЖЕЛЕЗА Д.А.ГРУДИНИНА, С.В.МАТРЕНИН Томский политехнический университет Введение Исследования свойств поверхностей материалов, выявляющие ранее неиз вестные закономерности их поведения относятся, безусловно, к актуальным науч ным направлениям. Особенно, если это связано с современными наноструктуриро ванными материалами. Получение качественно новой информации возможно лишь в результате освоения, развития и последующего использования новых методов ис следования. В числе таких методов сканирующая туннельная микроскопия (СТМ).

В настоящее время сканирующая туннельная микроскопия – это бурно развиваю щийся метод исследования поверхности с высоким пространственным разрешением и мощный инструмент для решения задач нанотехнологии – технологии создания приборных структур с субмикронными размерами [1].

Одним из перспективных направлений развития современного материалове дения является разработка нанотехнологий и получение наноструктурированных материалов. В сравнении с грубодисперсными нанопорошки металлических мате риалов обладают совершенно иными свойствами. Процесс уплотнения при спекании связан с повышенной диффузионной и химической активностью нанопорошков [2].

При уменьшении линейных размеров кристаллических частиц менее 1 мкм наблю даются изменения физических свойств порошков, а для частиц с характерным раз Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении мером менее 300 нм качественно изменяются их свойства: устойчивым становится иной тип кристаллической структуры, например, -Fe переходит в -Fe, снижаются температуры фазовых переходов, снижается теплопроводность и др. В связи с этим, существенно меняется их поведение при формовании и спекании. Теоретический и практический интерес представляет исследование этих изменений и возможностей использования нанопорошков в технологиях порошковой металлургии.

Эксперимент Целью данной работы являлось исследование структуры спеченных образ цов, полученных прессованием нанодисперсного порошка железа методом скани рующей туннельной микроскопии.

При выполнении работы использовали электровзрывной нанопорошок (НП) железа (среднеповерхностный диаметр частиц составляет 140 нм), способ получе ния которого и его физико-химические и технологические свойства описаны в [2].

Навески НП массой 4 г компактировали путем одностороннего статического сухого прессования в стальной пресс-форме при давлении 300 МПа. Прессовки спекали в вакуумной печи СНВЭ–1.3.1/16И4 при гомологических температурах 0,4…0,85.

Время изотермической выдержки составляло 1ч.

Сканирующую туннельную микроскопию поверхности образцов проводили с помощью сканирующего мульти-микроскопа СММ – 2000. Применяющаяся в мик роскопе СТМ-игла представляет собой отрезок платиновой проволоки диаметром от 0.2 мм до 0.5 мм и длиной от 12 до 14 мм, впаянный одним концом на 1-2 мм внутрь тонкостенной трубки из нержавеющей стали длиной от 8 до 12 мм с внешним диа метром 0.8(-0.05) мм.

Обновление иглы производится путём обрезания небольшого кончика иглы.

При обрезании платиновой иглы ножницами (или бокорезами) происходит весьма интересный процесс. Т.к. режущие лезвия представляют собой клинья (рис.1), они не только рассекают материал иглы, но и пытаются растянуть иглу в месте реза. Ко гда остаётся сравнительно небольшой недорезанный участок, клинья его разрывают за счёт растяга прежде чем рассечь его, после чего остаётся вытянутый кончик с ха рактерной шейкой растяга (рис.1). Из автоионной микроскопии известно, что разо рванные концы платиновой проволоки, особенно если платиновая проволока чистая и тянутая (структуры материала вытянуты вдоль проволоки), представляют собой много острий с радиусом закругления концов острий на уровне 10 Ангстрем. Вытя нутый кончик разрезанной платиновой проволоки состоит из «бороды» очень ост Рисунок 1 - Процесс рассекания – растяга при обрезании иглы рых игл.

Из-за того, что туннельный ток начинается при приближении острия к про водящей поверхности образца лишь с примерно 10-20 Ангстрем, при приближении «бороды» игл туннельный ток возникает только с самой длинной иглы. Даже при сканировании «бородой» игл вдоль образца (при поддержании постоянства тока), несмотря на изменение угла наклона рельефа или резкие ступеньки, заметить пере ход туннельного тока на другую иглу почти никогда не удаётся.

Скорость сканирования составляла около 2 мкм/с при количестве усреднений в точке – 64, что дало приемлемые результаты. Размер скана составил 2/2 и 16/ мкм при количестве точек 347/347. Для данного материала были выбраны следую щие параметры сканирования: постоянный туннельный ток Io = 5 nA, назначаемое напряжение между образцом и иглой, подающееся на фланец сканера U = 1000 mV, количество измерений – 16, быстродействие системы поддержания заданного сиг нала Tau = 88 мс, шаг – 2,29 A, время задержки – 20- мс.

На рисунках 2, 3 показаны кадры поверхности образцов, полученные СТМ.

На рисунке 2 приведен 2D-кадр поверхности до и после медианной фильтрации, ко торая позволяет убрать аппаратные шумы и нестабильность контакта зонд-образец.

На рисунке 3 приведен 3D-кадр этой же поверхности. 3D-представление позволяет а б А В 0.28 мкм 0.28 мкм Рисунок 2 - Первичный кадр (а) и кадр после обработки медианной фильтрацией 3x3 (б) Рисунок 3 - 3D-кадр поверхности и 3D-кадр участка поверхности Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении детально и наглядно изучить исследуемую поверхность. На рисунке 4 представлен профиль сечения сканированной поверхности в заданном направлении.

Рисунок 4 - Профиль сечения поверхности в заданном направлении Заключение В результате проделанной работы были исследованы образцы из нанодис персного порошка железа с применением сканирующей туннельной микроскопии.

Было показано, что оптимальные условия сканирования поверхности образцов дос тигаются при значениях туннельного тока Io = 5 nA, назначаемого напряжения меж ду образцом и иглой, подающегося на фланец сканера U = 1000 mV, времени за держки – 20- мс. Были выбраны различные параметры сканирования. Это позволило оценить микроструктуру на различных масштабных уровнях.

Список литературы 1. Стрючкова Ю.М., Касаткин Э.В., Каспарова О.В. О локальных наносвойствах поверхности нержавеющей стали, выявляемых с помощью СТМ // Тезисы докладов «Современная химическая физика» XVIII Симпозиум. Туапсе.

2006. С. 236-237.

2. Ильин А.П., Назаренко О.Б., Тихонов Д.В., Ушаков В.Я. Структурно энергетические процессы при электрическом взрыве проводников // Известия вузов. Физика. – 2002. – № 12. – С.31–34;

Ilyin A.P., Nazarenko O.B., Tikhonov D.V., Ushakov V.Ya., Yablunovskii G.V. Structural and energy processes in electrically exploded conductors // Russian Physics Journal. – 2002. – V. 45, # 12.

– P. 1176–1180.

3. Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, при менение / Под ред. А.П.Ильина. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. – 148 с.

4. Логинов Б.А. Руководство пользователя микроскопа СММ-2000, МИФИ 2005.

5. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – Нижний Нов город, - 2004. – 114 с.

6. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. - 2-е изд., испр.

- М.: Физматлит, 2007. - 414 с.

7. Кузнецов П. В. Сканирующая зондовая микроскопия поверхности твердых тел и связанные с ней технологии: учебное пособие / П. В. Кузнецов;

Том ский политехнический университет. - Томск : Изд-во ТПУ, 2003. - 122 с.

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ КРАСОК ВВЕДЕНИЕМ НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ И ОБРАБОТКОЙ В ПЛАНЕТАРНОЙ МЕЛЬНИЦЕ Ю.А.ИЛЬИЧЁВА, 2С.Ю.ЯЗЫКОВ Томский Политехнический университет, ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», Томск Окрашивание порошковыми лакокрасочными материалами представляет со бой одну из наиболее совершенных технологий получения покрытий, отвечающих современным требованиям. В последнее время практически нет отрасли промыш ленности, где бы ни была внедрена эта технология.

Введением нанопорошков-наполнителей предполагается повысить качество и расширить область применения порошковых покрытий, а именно использовать их для бортовой аппаратуры космических аппаратов, работающих в условиях открытого космоса, что нашло отражение в предложениях НПЦ «Полюс» в Федеральную про грамму по нанотехнологиям.

Эффективность защиты изделия с помощью лакокрасочных материалов (ЛКМ) оценивается сроком службы, в течение которого лакокрасочное покрытие сохраняет заданный комплекс своих характеристик: декоративный вид, противокоррозионные свойства, износостойкость, стойкость к химическим реагентам и пр. Поэтому ре шающим фактором при выборе той или иной системы покрытия является ее способ ность защищать окрашенный объект в конкретных условиях эксплуатации в течение требуемого периода.

Экономически целесообразно получать долговечные покрытия, применяя вы сококачественные ЛКМ, современное оборудование и методы подготовки поверх ности и нанесения материалов. Один из таких методов – окрашивание различных поверхностей, конструкций, изделий порошковыми ЛКМ, которые способны обес печить требуемую противокоррозионную защиту изделия и имеют ряд преимуществ по сравнению с жидкими ЛКМ:

– возможность получения покрытий, обладающих высокими физико механическими, химическими, электроизоляционными, защитно-декоративными свойствами;

– большая толщина покрытия при однократном нанесении порошковой крас ки (ПК), в то время как использование жидких красок требует нанесения нескольких слоев, вследствие чего цикл производства дольше;

– безопасность условий работы с ПК и их хранения, отсутствие растворите лей;

– экологическая полноценность, благодаря чему загрязнение окружающей среды практически отсутствует;

– технологичность, т.е. механизация и полная автоматизация процесса произ водства покрытий;

– экономичность, поскольку легко обеспечивается утилизация краски и почти полный ее возврат в производственный цикл.

Однако, к сожалению, при всех положительных моментах представленные в настоящее время на рынке полимерные порошковые краски не удовлетворяют ряду технологических требований по износостойкости, хрупкости, прочностным и функ циональным характеристикам и др.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Благодаря введению в порошковую краску наполнителей наноразмера воз никает принципиальная возможность получения качественно новых свойств окра шенных изделий: увеличение износостойкости более чем в десять раз, обеспечение заданного удельного поверхностного электрического сопротивления в пределах от 10-3 до 1011 Ом, придание покрытию экранирующих свойств (например, защита от электромагнитного поля электродвигателя, способного вносить искажения в показа ния рядом находящегося электромагнитного датчика), свойств теплопроводности и пр.

Американский аналитик Теrrу Кпоw1еs отмечает, что наноструктурирован ные материалы имеют большой успех в лакокрасочной промышленности Запад ной Европы в связи с тем, что самые развитые отрасли нуждаются в новом инст рументарии для решения различных проблем, достижения новых эффектов и раз работки концепций с инновационным потенциалом [1].

Изначально введение наночастиц в порошковые ЛКМ производилось методом сухого смешения. При его использовании нанопорошок смешивается с основой из го товой порошковой краски до получения однородной смеси. Преимущество такого способа в его простоте. Однако области применения получаемого продукта ограни чены, поскольку сухое смешение различных материалов (различающихся по диаметру частиц, морфологии, плотности и т.п.) может вызвать их расслоение или разделение в процессе нанесения порошковой краски. Конечный вид ПК сильно зависит от напря жения, давления воздуха и других параметров. Кроме того, вторично использовать со бранную в рекуператоре краску практически невозможно, поскольку покрытие, полу чаемое в данном случае, будет иметь большую разницу в цвете по сравнению со све жей краской.

Помимо вышеперечисленных недостатков сухого смешения существуют другие негативные эффекты, связанные с воздействием порошков на оборудование для нане сения. В частности, из-за того, что нанопигмент отделяется от основы краски, он часто осаждается на внутренних частях напылителя, на шлангах, приводя к снижению общего заряда краски, забиванию напылителя который приходится часто продувать и чистить, а это заметно затрудняет работу оператора.

Нами предложена своя технология создания порошковых композиций, моди фицированных нанопорошками (ПКМН). Уникальность ее заключается в способе равномерного смешения (распределения) наночастиц с частицами полимерной краски при полимеризации (пленкообразовании). Другими словами, в готовом по крытии наночастицы расположены равномерно по всему объему, что обеспечивает его высокие физико-механические свойства.

Процесс получения модифицированной полимерной краски можно предста вить в виде технологической схемы (рис. 1).

Порошковая краска в состоянии поставки поступает на планетарную мельни цу, где происходит измельчение ее частиц до требуемого размера (рис. 2). В резуль тате суммарная площадь поверхности частиц увеличивается. Теоретические расчеты показывают, что при 30-минутном размоле ее значение возрастает примерно в два раза (рис. 3).

После завершения операции размола в краске все еще остается небольшой процент крупной фракции. Для удаления частиц диаметром более 30 мкм смесь по ступает на аэродинамический классификатор. Последующее смешение наполнителя с полимерной краской происходит в пневмопушке, где с помощью сжатого воздуха из частиц краски и нанопорошка создается псевдосжиженный слой. В результате трения друг о друга и стенки камеры частицы краски статически заряжаются, и их равномерно обволакивают частицы нанопорошка.

Основа из Планетарная готовой Классификатор мельница порошковой краски Крупная фракция (диаметром более 30 мкм) Пневмопушка Готовая продук ция Рисунок 1 - Схема получения порошковых композиций Причина существенного улучшения свойств ПКМН относительно исходной порошковой краски, по нашему мнению, в том, что при полимеризации наночасти цы достаточно плотно и равномерно располагаются между более крупных частиц полимерной краски. При последующем нанесении происходит частичное заполне D, мкм Т, мин 2 5 10 20 Рисунок 2 - Зависимость размера частиц от времени размола ние пор, что препятствует проникновению к подложке воды и других агрессивных жидкостей, а следовательно, улучшает антикоррозионные свойства. Нанопорошок размером 20 – 100 нм не создает в покрытии внутренних напряжений, использова ние же более крупного порошка (ультрадисперсного) приводит к снижению физико Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении механических свойств покрытия. На наш взгляд, это вызвано тем, что в процессе полимеризации молекулам полимера приходится огибать ультрадисперсные части цы, тем самым обусловливается появление внутренних напряжений и нарушается однородность покрытия.

S, мкм 2 5 10 20 30 Т, мин Рисунок 3 - Зависимость площади частиц от времени размола В результате модификации достигнуты следующие результаты.

Во-первых, во всех случаях при использовании нанопорошков оксидов, нит ридов и чистых металлов возрастает износостойкость покрытий.

Во-вторых, появляется возможность создания покрытий с заданным удель ным поверхностным электрическим сопротивлением в пределах от 10-3 до 1011 Ом.

Кроме того, покрытиям могут быть приданы другие специальные свойства.

В настоящее время ведутся дальнейшие работы по испытаниям покрытий в исходном состоянии, и после модификации.

Список литературы 1. Стокозенко В.Н. Нанотехнологии сегодня и завтра // Промышленная окра ска. 2006. № 3. С. 22 – 24.

ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА В.М.АЛЕКСАНДРОВА Новосибирский государственный технический университет В настоящее время широкое распространение получил метод модификации полимеров наполнителями с наноразмерными частицами. Композиционные мате риалы, включающие в свой состав наночастицы, зачастую демонстрируют интерес ные физико-механические свойства уже при малом содержании наполнителя (до 2% масс.), что выгодно отличает материалы этого типа от «традиционных» композици онных материалов. Несмотря на малое содержание наполнителя, у таких материалов наблюдается улучшение термостабильности, повышение прочности, упругости, улучшение ряда других свойств.

Разработка нового класса нанокомпозитов в результате добавления углерод ных нанотрубок (УНТ) в полимеры могло бы привести к созданию нового класса материалов, сочетающих в себе легкость и гибкость полимеров с высокой проч ность, тепло- и электропроводностью углеродных нанотрубок.

Целью работы является получение полимерного композиционного материала с высокими механическими свойствами.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. провести функционализацию поверхности УНТ, для улучшения смачи ваемости;


2. отработать технологии получения образцов полимерного композицион ного материала;

3. проведение механических испытаний (износостойкость, коэффициент трения);

4. определить оптимально соотношения полимер/УНТ.

Обзор рынка полиэтилена показал, что основными производителями сверх высокомолекулярного полиэтилена являются Россия, Германия, Япония.

Области применения полиэтилена различна, детали из СВМПЭ используются в основных отраслях промышленности машиностроение, химической промышлен ности, производстве брони боевых машин, изготовлении эндопротезов, покрытий для лыж и сноубордов, использоваться в качестве искусственного льда для летних катков. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен обладает особенными свойствами:

высокопрочный;

химически стойкий;

стойкий к истиранию;

способен выдерживать температурный диапазон от –200°С до +65°С.

В нашей работе используется СВМПЭ марки HI-ZEI MILLION (Япония) имеющий более высокие показатели. Такие как предел прочности при растяжении, предел текучести. Он представляет собой порошок белого цвета, состоящий из от дельных гранул шарообразной формы, также встречаются гранулы вытянутой фор мы. Исследования производили на на световом микроскопе в темном поле, средний размер гранул составляет 150 мкм.

Для получения матрицы композиционного материала был выбран метод го рячего прессования с последующим спеканием при давлении прессования - 12 МПа, температуре спекания - 185°С, временя спекания - 3 ч Для того чтобы получить матрицу заданного размера, была изготовлена фор ма для прессования на станке с ЧПУ, в которую насыпается необходимое количест во полиэтилена. Прессование осуществлялось на универсальной механической сис теме Instron. Образец извлекался из формы и отправлялся на спекание. Технологи ческие параметры спекания, зависящие от размеров образца, на данном этапе отра батываются. Идет подбор температуры полимеризации и времени выдержки для полного прохождения реакции полимеризации. Структура образца должна быть без пор. Из получаемых таблеток будут вырезаться образцы на определения коэффици ента трения в условиях трения скольжения в паре «сталь - ПКМ» по схеме « диск колодка».

Важной задачей при создании полимерных композиционных материалов яв ляется увеличение прочности связи между матрицей и второй фазой. Одним из ре шений может быть функционализация углеродных нанотрубок (изменение химиче ской природы их поверхности), что способствует увеличению прочности связи трубка-матрица, обеспечивает разделение сростков УНТ на отдельные трубки, улучшает однородность распределения УНТ в матрице.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении В работе проводилась химическая и электрохимическая функционализация поверхности углеродных нанотрубок. Анализ результатов полученных на растровом электронном микроскопе с микроанализатором показал, что после функционализа ции наблюдается наличие кислорода. Это говорит о том, что он закрепился на по верхности, а из этого следует, что увеличилась смачиваемость поверхности УНТ.

ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЪЕМНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ СВМПЭ Е. В.БЕКЛЕМЕШЕВ, А. А.КОНДРАТЮК, М.В ЕФИМОВ* Томский Политехнический Университет *Томский Государственный Архитектурно-Строительный Университет Полиэтилен отличается от других термопластов весьма ценным комплексом свойств. Изделия из полиэтилена обладают высокой прочностью, стойки к действию агрессивных сред и радиации, нетоксичны и работоспособны в относительно широ ком интервале температур;

полиэтилен — хороший диэлектрик. Перерабатывается полиэтилен всеми известными для термопластов методами, в том числе высокоско ростными, и при этом с незначительными энергозатратами.

Благодаря сочетанию весьма ценных свойств со сравнительно низкими затра тами на промышленное производство полиэтилен по выпуску занимает среди пла стмасс первое место.

Специфические свойства СВМПЭ обусловливают и особые области приме нения. СВМПЭ используется там, где обычные марки ПЭНД и многих других тер мопластов не выдерживают жестких условий эксплуатации. Области применения СВМПЭ и потребность в нем непрерывно расширяются. Это объясняется, с одной стороны, превосходными свойствами и, с другой стороны, низкой стоимостью по лимера.

СВМПЭ во многих случаях может заменять металл (сталь, бронзу и др.) и ряд других материалов, а также такой дорогостоящий полимер, как фторопласт.

Кроме того, есть такие области применения СВМПЭ, где он используется не как за менитель, а как единственно пригодный для данной цели материал. Из СВМПЭ из готовляют в основном различные детали машин для целлюлозно-бумажной, горно рудной, химической, текстильной, судостроительной, авиационной, атомной, элек тротехнической промышленности. СВМПЭ также используется в транспортном машиностроении, производстве сельскохозяйственных машин, в строительстве, ме лиорации, криогенной технике и в медицине. Экспериментальные образцы, иссле дуемые в данной работе были получены методом горячего прессования. (Г.П.) Горячим прессованием пользуются для получения готовых изделий, хотя в отдельных случаях можно получать и заготовки с последующим изготовлением из них изделий. Горячим прессованием можно изготавливать изделия от миллиметро вых пластинок массой в несколько граммов до метровых плит. Небольшие изделия можно прессовать непосредственно из порошкообразного СВМПЭ.

Процесс горячего прессования изделий значительных размеров складывается из двух операций: 1) таблетирования и 2) прессования таблеток в пресс-форме при нагревании под давлением.

На рисунке 1, представлены за висимости коэффициента трения раз личных полимерных материалов на воз духе (а) и в воде (б) по титану (-) и не ржавеющей стали (--) от частоты вра щения вала: 1, 1 - поликарбонат;

2, 2 фторопласт-42;

3, 3 - стандартный ПЭНД;

4, 4 - СВМПЭ;

5, 5 - лавсан.

Анализ значений fтр показывает, что при работе СВМПЭ в паре с Ti на воздухе, он равен 0,175, и уступает только лавсану, а в воде – стандартному ПЭНД.

Сложнее обстоит дело при работе в паре с нержавеющей сталью. Однако и в этом случае при работе в воде при об/мин значение fтр лишь незначительно выше, чем у ПЭНД.

Из этого следует вывод: эксплуатацию пары «СВМПЭ - сталь» целесообраз но проводить при наличии смазки, так как наличие, даже воды, снижает fтр до вели чины порядка 0,05.

Однако, в реальных условиях эксплуатации механизмов, в большин стве случаев, особенно при повышен ных оборотах контактирующих поверх ностей применяют смазку. В роли сма зок используют чаще всего машинные масла, в частности М-8Г2к. Данная мар ка масла применяется в России, как в отечественных автомобилях, типа «КАМАЗ», так и в автомобилях типа «Икарус», «Белаз» и других.

Данных поведения наиболее час то применяемых пар «полимер на осно ве СВМПЭ с наполнителем - сталь» в условиях смазки в литературных источ никах нами не найдены. В связи с этим были проведены экспериментальные ис следования пар «Сталь - пластик», в ко тором в роли пластика выступали мате риалы 2 марок: GUR Hostalen (ФРГ) и СВМПЭ производства Бельгии.

Исследование трибологических характеристик пар различных материалов проводилось на автоматизированном комплексе (рисунок 2), принципиальная схема которого, приведена на рисунке 3.

Установка (рисунок 3) оформлена на стационарной раме и состоит из: маши ны трения, гидравлического привода главного движения, системы нагружения, сис темы циркуляции и терморегуляции, автоматизированной системы управления.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Машина трения 1 содержит ра бочую камеру, узел трения которой вы полнен по схеме «колодочки-ролик» с возможностью самоустановки.

Гидравлический привод 2 глав ного движения осуществляет вращение контртела при помощи регулируемого реверсивного гидромотора (рисунок 1).

Нагружение испытуемого узла трения осуществляется гидравлической системой нагружения 3. Величина дав ления в полостях нагружения плунжер ных пар регистрируется датчиками дав ления и определяет значение нормаль ной нагрузки FN на испытуемый узел трения.

Система циркуляции и терморе гуляции 4 испытуемой смазочной сферы обеспечивает стабильные условия про ведения испытаний.

Момент трения в стационарном режиме измеряется датчиком момента, час тота вращения контртела определяется тахогенератором, температура поверхности трения и испытуемой смазочной среды измеряются термопарами, величина износа определяется взвешиванием образцов–колодок.

Для управления ходом эксперимента и обработки полученных результатов была разработана специальная программа, которая позволяет в автоматическом ре жиме задавать закон нагружения и с использованием обратной связи отслеживать его выполнение, регистрировать и обрабатывать информацию в реальном масштабе времени, проводить компьютерный анализ результатов и представлять их в удобном для исследования виде. При исследовании трибологических свойств масла можно получать следующую информацию: момент трения, давление нагружения, темпера туру в зоне контакта, температуру масла в рабочей камере.

Приработка образцов осуществляется при ступенчатой нагрузке, не превы шающей 0,5 Fmax..

Противозадирные свойства масла определяют путем ступенчатого нагруже ния образцов до схватывания.

Противоизносные испытания проводятся при постоянной нагрузке с регист рацией на аналитических весах массы пары трения в точках, соответствующих вре мени, при котором произошла приработка пары трения и времени, определяющего заданный путь трения.

Предварительно, автором были проведены исследования пары Ст15Х – Ст3сп.

Результаты приведены на рисунке 4.

Далее по аналогичной технологии были проведены исследования двух пар трения:

1.Ст15Х – СВМПЭ (Бельгия) 2.Ст15Х - GUR Hostalen 412/212 (ФРГ Результаты эксперимента приведены на рисунках 5 и 6.

Пара трения: Ст.15Х – Ст.3сп Скорость вращения контр. тела: 1000 об/мин Суммарная потеря массы образцов: 0,6452 гр.


600 500 2, 400 М, Нм Fn, H 300 1, 200 100 0, 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 l, км Закон нагружения Момент трения Рисунок 4 - Условия испытания стального образца. Ст3сп Рисунок 5 - Условия испытания образца СВМПЭ, полученный гидроэкструзией в Бельгии с добавлением графита, с целью приобретения полимером антистатических свойств Рисунок 6 - Условия испытаний образца СВМПЭ полученного методом горячего прессования в ФРГ GUR Hostalen 412/212:

По результатам исследования можно сделать вывод, что введение в состав пе ред горячим формованием исходного СВМПЭ, графита, позволяет снизить износ (потерю массы) более чем в 3 раза, в сравнении с ненаполненным образцом СВМПЭ, и по сравнению с износом пары «сталь-сталь» (Ст15Х-Ст3сп), потеря мас сы уменьшается более, чем в 195 раз и 63 раза, соответственно.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Список литературы 1. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности/ Под ред. И.Н.

Андреевой, Е.В. Веселовской, Е.И. Наливайко и др.–Л.: Издательство Химия, 1982.–80с.

2. Ларионов С. А., Доблер В. И., Терехов А. Л. Автоматизированный комплекс для триботехнического контроля смазочных свойств рабочих жидкостей и исследования фрикционно – износных свойств конструкционных материа лов// Патент на полезную модель 32602 РФ, МПК7 G01 N3/56 №2003114684/20;

заявлено 21.05.2003;

опубл. 20.09.2003 // Изобретения, по лезные модели. – 2003 г.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ПЛАСТМАСС НА ОСНОВЕ СВМПЭ НА ВЕЛИЧИНУ СУХОГО АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА А.И.ЗИГАНШИН, А.А.КОНДРАТЮК Томский политехнический университет При разработке отдельных узлов агрегатов и конструкций в целом, требуется знание износа(потери массы) контактирующих поверхностей. Это связанно с тем, что при работах в тяжелых условиях технически невозможно изолировать поверх ность деталей от попадающих извне микрочастиц абразивного характера. В настоя щие время ведутся разработки новых материалов конструкционного назначения на базе модифицированных различными наполнителями пластмасс из СВМПЭ. По этому очень актуальным становится вопрос изучения влияния на сухой абразивный износ изделий из СВМПЭ их состава(вида и количества вводимых наполнителей).

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) – полиэтилен с молеку лярной массой более 1,5*106 г/моль. Высокая молекулярная масса этого полимера определяет его уникальные физико-механические свойства, резко отличающие его от всех других марок полиэтилена.

Специфические свойства СВМПЭ определяют особые области его примене ния.

СВМПЭ используют там, где обычный полиэтилен низкого давления и мно гие другие термопласты не выдерживают жестких условий эксплуатации. Высокая износостойкость, сопротивление удару, коррозии и воздействию различных химика тов обуславливают широкий диапазон применения СВМПЭ для высокоэффектив ных долговечных изделий. СВМПЭ обладает исключительной ударопрочностью даже при криогенных температурах и относительно высоким из всех термопластич ных полимеров сопротивлением истиранию.[1] Из-за низкого коэффициента трения он минимизирует теплогенерирующее трение, которое приводит к износу стальных деталей. Изделия из СВМПЭ не требуют смазки, обеспечивая более простое обслу живание, и делают работу оборудования ровной и бесшумной. Создание компози ционных материалов на полимерной основе позволяет значительно повысить харак теристики полимерных материалов и расширить область их применения.

Как правило, движущиеся детали машин работают в условиях износа, приро да которого определяется внешней средой. Так, например, абразивный износ опре деляет срок службы многочисленных рабочих органов карьерных, строительных и дорожных машин и многих деталей металлургического оборудования. При получе нии износостойкого композиционного материала на основе полимера можно решить ряд важных задач машиностроения. К ним следует отнести получения материалов и покрытий с уникальными свойствами, которые необходимы для развития новой тех ники. Механизм разрушения зависит от свойств матрицы, содержания частиц и адге зии между полимером и частицами. Малое содержание наполнителя, как правило, не изменяет механизм разрушения полимерной матрицы. Увеличение содержания на полнителя может инициировать изменение механизма разрушения вплоть до пере хода от пластичного к хрупкому.

В качестве полимерных матриц для антифрикционных полимерных материа лов нередко используют термопласты, характеризующиеся повышенными физико механическими свойствами. Чаще других применяют полиамиды, полиформальде гид, поликарбонат, полиимиды, полиарилаты, фенилоны, а также фторопласты. В отдельных случаях известно использование антифрикционного полипропилена и по лиэтилена высокой плотности. Термопластичные АПМ перерабатываются в изделия высокопроизводительными методами литья под давлением и экструзии или горячем прессованием, что важно для массового и крупносерийного производства. В качест ве антифрикционных наполнителей используют дисперсные порошки неорганиче ских веществ, имеющих слоистую кристаллографическую решетку. К ним относятся графит, дисульфид молибдена (природный), нитрид бора, йиодистый кадмий, а так же мелкодисперсные порошки пластичных цветных металлов (например медь). Из органических продуктов используют фторопласт-4, полиэтиленовые воска, а также жидкие антифрикционные добавки. Нередко один АПМ содержит несколько разно видностей антифрикционных наполнителей. Содержание наполнителей и добавок составляет от 1 до 15%. Дальнейшее увеличение количества наполнителей приводит к падению физико-механических свойств и износостойкости [2].

Для исследования массового износа полимерных материалов на основе СВМПЭ, авторами были изготовлены плоские цилиндрические образцы из различ ных композиций, в которых в роли наполнителя (модификатора) выступали порош ковые мелкодисперсная медь марки ПМС-1 и нитрид бора. Образцы имели следую щий состав: СВМПЭ “ТНХК”и СВМПЭ “Ticona” без наполнителей;

СВМПЭ “ТНХК +3% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +7% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +10% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +13% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +50% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +50% Cu( после тер мообработки (150°C));

СВМПЭ “ТНХК +81% Cu;

СВМПЭ “ТНХК +81% Cu( после термообработки (150°C));

СВМПЭ “ТНХК +3% BN;

СВМПЭ “ТНХК +7% BN;

СВМПЭ “ТНХК +10% BN;

СВМПЭ “ТНХК +13% BN. В работе проводились иссле дования на износостойкость образцов в условиях сухого абразивного износа о неза крепленные частицы на стальной поверхности на установке испытания износостой кости покрытий ИИП-1. При испытании использовались образцы цилиндрической формы размером: высота h= 10 мм, диаметр d=15мм. Основным методом расчета величины износа были приняты измерения потери массы, которые определялись на весах TYP WA-33 с точностью до 0,00005г. Максимальное время испытания состав ляло 90 минут.

По результатам расчетов был построен ряд графиков в координатах m,г – t,мин., которые представлены на рис.1-4.

Предварительно был изучен количественный массовый износ у образцов, по лученных из порошков СВМПЭ, произведенных на ТНХК(г. Томск, Россия) и фир мы Ticona (Германия) (рис. 4). При длительности эксперимента до 60 минут значе ния износа фактически равны, и лишь при увеличении времени испытания до минут, износ у СВМПЭ ТНХК превалирует над СВМПЭ Ticona.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении 0,06 0, 0,05 0, 0,04 0, Износ  m, г Износ  m, г 0,03 0, 0,02 0, 0,01 0, 0 0 50 100 0 50 время t, мин время t, мин Cu=3% Cu=7% Cu=10% Cu=13% Cu=81% Cu=81% т/о Cu=50% Cu=50%т/о Рисунок 1 - Зависимость износа от Рисунок 2 - Зависимость износа времени для композиций СВМПЭ+Cu от времени для композиций (3%, 7%, 10%, 13%, 50%, 50% т/о) СВМПЭ+Cu (81%, 81% т/о) 1,2 0, 0, 0, Износ  m, г Износ  m, г 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0 50 100 0 50 время t, мин время t, мин ТНХК BN=3% BN=7% Рисунок 3 - Зависимость износа от Рисунок 4 - Зависимость изно времени для композиций СВМПЭ+BN са от времени для СВМПЭ ма (3%, 7%, 10%, 13%) рок ТНХК и Ticona Для образцов, имеющих в качестве наполнителя порошковую медь, анализ полученных графиков позволяет сделать следующие выводы: c увеличением коли чества наполнителя износ увеличивается. (кроме аномально низкого износа образца, имеющего 13% наполнителя) (рис.1). У образцов, имеющих наполнитель в виде по рошка нитрида бора, износ возрастает при значениях наполнителя от 3% до 7%, а затем при увеличением его содержания до 10% и 13% уменьшается. (рис. 3).

Авторами был исследован эффект влияния на деструкцию матрицы повы шенной температуры эксплуатации композитов (при Т=150°). Он был проведен пу тем сравнения износа условно “термообработанного” (т/о) и эталонного образцов.

(рис. 1, рис 2). Полученные результаты неоднозначны, но тем не мене позволяют сделать вывод, что итоговый износ у “термообработанных” композитов выше, чем у эталонных.

Список литературы 1. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности/Под ред. И.Н.

Андреевой, Е.В. Веселовской, Е.И. Наливайко и др.-Л.: Издательство Химия.

1982.

2. Технические свойства полимерных материалов: Уч.-справ. пос./В.К. Крыжа новский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская. – Спб., Изд во “Профессия”, 2003. – 240 с.

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОЛИЧЕСТВА И ВИДА НАПОЛНИТЕЛЕЙ В ПОЛИМЕРАХ НА ОСНОВЕ СВМПЭ НА ИХ ПРОЧНОСТНЫЕ И ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА А.А.ПРИВАЛОВ, А.А.КОНДРАТЮК, А.Н.МУЛЕНКОВ Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Создание приборов и машин нового поколения с высокими технико– экономическими характеристиками, отличающихся высокой надежностью и долго вечностью, тесно связано с применением перспективных конструкционных мате риалов, в том числе полимерных на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). СВМПЭ устойчив к воздействию радиации и вакуума, сохраняет конст рукционные характеристики при температуре до –180oC, имеет низкий коэффициент трения, износостоек. В данной работе приведены результаты исследований влияния содержания модификатора в композиционных материалах на предельную проч ность, изменение тангенса угла механических потерь и влияния скорости деформи рования на предельную прочность и деформацию.

Изначально авторами для проведения комплекса исследований была произ ведена подготовка четырех композиций на основе порошка СВМПЭ производства OOO «THXK» имеющих количество модификатора (мелкодисперсной меди марки «ПМС-1») 3%, 7%, 10%, 13%,50% (весовых) так же BN 3%,7%,10%,13%,35% (весо вых) и один образец без наполнителя, -чистый СВМПЭ. Далее методом горячего прессования (Г.П.) получены заготовки из которых были изготовлены по ГОСТу образцы для исследования на растяжение. Испытания образцов проводились на ис следовательской машине “Instron” модель 5582.

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Первоначально было исследовано влияние скорости растяжения на получае мые прочностные характеристики. Для сравнения использовалась скорость нагру жения 0.5 мм в минуту и 2 мм в минуту. При испытаниях на растяжение образцы доводились до разрушения, а результаты исследования были математически обра ботаны и графически интерпретированы (рис. 1, рис. 2). Аналогичное расположение кривых деформации для разных скоростей получены и при содержании наполнителя в количествах 3, 7, 13 %.

Рисунок 1 - Диаграммы растяжения для Рисунок 2 - Диаграммы растяжения для СВМПЭ «ТНХК»+0% Cu c разными ско- СВМПЭ «ТНХК»+10% Cu c разными ростями скоростями Анализ графиков указывает, что при четырехкратном увеличении скорости растяжения наблюдается некоторое снижение значений пластичности при незначи тельном увеличении предела прочности. С целью получения корректных экспери ментальных данных дальнейшие исследования проводились при скорости нагруже ния 2 мм в минуту. Процесс деформирования (растяжения) образцов доводился до их разрушения. Результаты зависимости напряжение-деформация для композитов представлены ниже (рис. 3).

Рисунок 3 - Графики зависимости де формации от напряжения для образцов с различным содержанием модифика тора (весовым) Известно, что вследствие отставания деформации от напряжения часть меха нической энергии переходит в тепло и происходит диссипация количественно оце ниваемая тангенсом угла механических потерь. При исследовании тангенса угла ме ханических потерь (tg ) а также жесткости и вязкости по моделям Максвелла и Фойгта у наших образцов из вышеупомянутых композиционных составов использо валась универсальная исследовательская установка «Импульс – 1Р». Расчет харак теристик проводился с использованием программного обеспечения входящего в комплект данного измерительного комплекса. Результаты исследований приведены ниже (рис. 4).

0, Тангенс угла механических 0, 0, потерь, tg 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Процентное содержание наполнителя, % Рисунок 4 - График зависимости тангенса угла механических потерь от процент ного содержания наполнителя Очевидно, что в исследованных композициях tg не зависит от концентра ции модификаторов. Из этого следует, что взаимовлияние частиц модификатора на ходящихся в матрице из СВМПЭ отсутствует и композиты можно считать квазиод нородными. Авторами были проведены исследования, показывающие что иссле дуемые композиты на основе СВМПЭ являются вязкоупругими физическими тела ми.

Для описания феноменологии, то есть поведения полимеров под нагрузкой, используют формализованные модели Максвелла и Фойгта, описывающие тот или иной вид деформирования и действующие при этом напряжения.

По результатам исследований и последующей математической обработки были получены численные значения вязкости и жесткости представленные в виде графиков (рис. 5,6).

Рисунок 5 - Графики зависимости вязкости по модели Фойгта от процентного со держания наполнителя Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Рисунок 6 - Графики зависимости жесткости по модели Максвелла и Фойгта от процентного содержания наполнителя Анализ графиков показывает общее увеличение значений вязкости и жестко сти композиционных полимеров при увеличении содержания наполнителя до 50% у плимера с медным наполнителеи и 35% у полимера с наполнителем в виде BN. Од нако у композиционного полимера имеющего концентрацию наполнителя 35% NB наблюдается уменьшение абсолютных значений жесткости, что можно предполо жительно объяснить началом изменения структуры слоев полимера граничащих с частицами наполнителя, и как следствие изменение свойств композита в целом.

Список литературы 1. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности/ Под ред. И.Н.

Андреевой, Е.В. Веселовской, Е.И. Наливайко и др.–Л.: Издательство Химия, 1982.–80с.

2. Тагер А.А. Физико – химия полимеров./М, издательство «Химия», 1968г. 536с.

3. Kondratyuk A.A., Mulenkov A.N. «Influence of quantity of filler on mechanical strength of polymer», The Third International Conference Deformation & Fracture of Materials and Nanomaterials (DFMN 2009), V.II, p. 106-107, Moskow, Russia, ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ВИДА МОДИФИКАТОРА НА ТЕПЛОЕМКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЛАСТМАСС НА ОСНОВЕ СВМПЭ С.А.ЮРКОВА, А.А..КОНДРАТЮК, Н.М.КОНДРАТЬЕВА* Томский политехнический университет, *Томский государственный архитектурно-строительный университет Создание новых образцов аппаратуры и оборудования предъявляет новые требования к используемым при их разработке и конструировании материалам. В том числе к ним можно отнести электрофизические свойства – переход от состояния диэлектрика к материалу, обладающему частичной проводимостью. При этом, ре альные режимы и происходящие при этом процессы (в частности внешнее тепловы деление) температуры не должны существенно влиять на работоспособность всего узла (комплекса приборов).

Полиэтилен является одним из наиболее распространенных видов органиче ских пластмасс. В зависимости от технологии полимеризации этилена получается два вида полимера: полиэтилен низкого давления (ПЭНД) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД). ПЭНД имеет молекулярную массу до 7·105. Увеличение молеку лярной массы до 1·106 и выше, резко меняет многие свойства ПЭНД поэтому данная группа полиэтиленов обозначается СВМПЭ. Рабочая температура эксплуатации из делий из СВМПЭ так же как и ПЭНД находиться ниже температуры плавления по лимера и зависит от конкретных условий эксплуатации (давления, продолжительно сти нагружения, среды и т.д.). Особенностью СВМПЭ является способность сохра нять механические свойства в очень широком интервале температур от +150 до – o C. СВМПЭ устойчив к воздействию радиации и вакуума, имеет низкий коэффици ент трения, износостоек [1].

В литературных источниках имеются данные по теплофизическим свойствам полимеров, созданных на базе отечественных порошков и порошков, выпущенных в ФРГ Hostalen GUR 412/212.[1] Согласно им, удельная теплоемкость при 20С, Дж/(кг·С) для отечественного СВМПЭ – 1680-1840, для Hostalen GUR 412/212 – 1880 [2].

Наиболее перспективным направлением создания новых конструкционных материалов на основе СВМПЭ является введение в состав композиции порошковых, мелко- и ультрадисперсных наполнителей-модификаторов.

Для исследования теплофизических свойств полимерных материалов на ос нове СВМПЭ, авторами были изготовлены плоские образцы из различных компози ций в которых в роли наполнителя (модификатора) выступала порошковая мелко дисперсная электролитическая медь марки ПМС-1 и один образец из чистого СВМПЭ «ТНХК» без добавок (таблетки, имеющие следующие размеры: D=15 mm, h=10 mm): 1 - СВМПЭ «ТНХК»;

2 - СВМПЭ «ТНХК» + 3% Cu;

3 - СВМПЭ «ТНХК» + 7% Cu;

- СВМПЭ «ТНХК» + 10% Cu;

5 - СВМПЭ «ТНХК»

+ 13% Cu;

6 - СВМПЭ «ТНХК» + 50% Cu. Компо зиции составлялись в весовых долях.

По аналогичной технологии были созданы две композиции с использованием того же СВМПЭ, в которых в качестве наполнителя вы ступал ультрадисперсный порошок нитрида бора (NB) в количестве 3 и 7 %.

Выбор, в качестве порошковых наполните лей меди и нитрида бора, обусловлен тем, что:

медь является хорошим проводником тепла и име ет температуру плавления 1083 oC, а нитрид бора имеет температуру плавления 2700 oC и использу ется чаще всего для создания композиций с жаро стойким и износостойкими свойствами.

Затем образцы полировались и подверглись испытаниям на измерителе теплоемкости «ИТ-С Рисунок 1 - Измеритель теп 400» общий вид которого представлен на рис. 1.[3] лоемкости ИТ-С-400»

Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении Данный прибор позволил нам измерить изменение значений теплоемкости образцов в диапазоне от 25 до 150 oC.

Теплоемкость является мерой энергии для повышения температуры материа ла.

Для расчета удельной теплоемкости образцов при различных температурах, использовалась формула:

K CT 0 = T ( T 0 T ), m где СT0 – удельная теплоемкость образца при температуре Т;

T 0 – время запаз дывания температуры на тепломере в экспериментах с образцом в секундах;

КТ, Т – постоянные прибора Результаты измерений были обработаны и сведены в таблицы.

4000 Удельная теплоемкость, Удельная теплоемкость, 3500 С ((Дж/(кг °C)) С ((Дж/(кг °C)) 0 50 75 100 125 150 0 50 75 100 125 150 Температура, Т (° С ) Температура, Т (° С ) 3% 7% СВМПЭ 10% 13% СВМПЭ Рисунок 3 - Графики зависимости тепло Рисунок 2 - Графики зависимости теп емкости от температуры СВМПЭ с на лоемкости от температуры СВМПЭ с полнителями меди 10% и 13% весовых наполнителями меди 3% и 7% весовых По результатам расчетов были построен ряд графиков в координатах:

CT 0 T,C 0, в диапазоне температур от 50 до 150 C 0, которые представлены на рис.2-5.

Вывод:



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.