Синтез композиционных порошков “карбид титана-связка Р6М5” и их применение для наплавки и напыления износостойких покрытий
|
Реферат 6
Введение 9
1. Литературный обзор 12
1.1. Инструментальные стали 12
1.2. Быстрорежущие стали 14
1.3. Твердые сплавы 17
1.4. Карбид титана и карбидостали 19
1.5. СВС синтез композиционных порошков 24
1.6. Методы получения покрытий 27
2. Материалы и методы 35
3. Результаты работы 40
3.1. Композиционные порошки TiC+Р6М5 40
3.2. Электронно-лучевые наплавки ТЮ+Р6М5 48
3.3. Плазменные покрытия ТЮ+Р6М5 60
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 74
4.1. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 74
4.2. SWOT-анализ 76
4.3. Инициация проекта 79
4.3.1. Цели и результаты проекта 79
4.3.2. Организационная структура проекта 80
4.3.3. Ограничения и допущения проекта 81
5. Социальная ответственность
5.1. Введение 85
5.2. Техногенная безопасность 85
5.2.1. Анализ вредных факторов производственной среды 85
5.2.1.1. Шум 86
5.2.1.2. Вредные вещества 87
5.2.1.3. Микроклимат 88
5.2.1.4. Освещение на рабочем месте 92
5.2.1.5. Расчет общего равномерного освещения 93
5.2.2. Анализ опасных факторов производственной среды 97
5.2.2.1. Электрический ток 97
5.2.2.2. Пожаробезопасность 100
5.2.3. Региональная безопасность 101
5.2.4. Организационные мероприятия обеспечения безопасности . 102
5.2.5. Особенности законодательного регулирования проектных решений 104
5.2.6. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 105
6. Основные результаты и выводы 108
7. Список использованной литературы 111
Введение 9
1. Литературный обзор 12
1.1. Инструментальные стали 12
1.2. Быстрорежущие стали 14
1.3. Твердые сплавы 17
1.4. Карбид титана и карбидостали 19
1.5. СВС синтез композиционных порошков 24
1.6. Методы получения покрытий 27
2. Материалы и методы 35
3. Результаты работы 40
3.1. Композиционные порошки TiC+Р6М5 40
3.2. Электронно-лучевые наплавки ТЮ+Р6М5 48
3.3. Плазменные покрытия ТЮ+Р6М5 60
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 74
4.1. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 74
4.2. SWOT-анализ 76
4.3. Инициация проекта 79
4.3.1. Цели и результаты проекта 79
4.3.2. Организационная структура проекта 80
4.3.3. Ограничения и допущения проекта 81
5. Социальная ответственность
5.1. Введение 85
5.2. Техногенная безопасность 85
5.2.1. Анализ вредных факторов производственной среды 85
5.2.1.1. Шум 86
5.2.1.2. Вредные вещества 87
5.2.1.3. Микроклимат 88
5.2.1.4. Освещение на рабочем месте 92
5.2.1.5. Расчет общего равномерного освещения 93
5.2.2. Анализ опасных факторов производственной среды 97
5.2.2.1. Электрический ток 97
5.2.2.2. Пожаробезопасность 100
5.2.3. Региональная безопасность 101
5.2.4. Организационные мероприятия обеспечения безопасности . 102
5.2.5. Особенности законодательного регулирования проектных решений 104
5.2.6. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 105
6. Основные результаты и выводы 108
7. Список использованной литературы 111
Объектом исследования являлись композиционные порошки «TiC –
связка Р6М5», а также электронно-лучевые и плазменные покрытия на их
основе.
Целью настоящей работы было исследование порошковых композитов
TiC – связка Р6М5, полученных методом СВС, а также электроннолучевых и
напыленных покрытий и наплавок из них для последующего их применения
в качестве материала износостойких покрытий.
В результате исследований описаны структурные особенности и
некоторые физико – механические свойства композиционных порошков
«карбид титана – связка на основе быстрорежущей стали», а также покрытий
и наплавок на их основе.
Степень внедрения: внедрение в производство не осуществлено.
Область применения: порошковая металлургия, изготовление
металлорежущего инструмента, ремонтно – восстановительные технологии,
износостойкие покрытия.
Экономическая эффективность/значимость работы – проект обладает
высокой ресурсоэффективностью и является ресурсосберегающим.
Введение
Технологии порошковой металлургии применялись человеком ещё в
древние времена. В бронзовом веке люди умели получать и использовать для
получения изделий порошки золота и меди, а также применять горячую
ковку порошковой массы. Этот опыт был использован около 5 тыс. лет назад
для изготовления железных орудий труда и вооружения. В 20-м веке
растущие потребности в таких изделиях, как тугоплавкие нити накаливания,
меднографитовые токосъемные щетки и т.д., возродили интерес к
порошковой металлургии, позволяющей получать материалы и изделия,
которые невозможно получить по технологиям традиционной металлургии,
основанной на литье. Продукция современной порошковой металлургии
включает материалы со специфическими свойствами и с широкой областью
применения (дисперсно упрочненные, фрикционные, антифрикционные,
износостойкие, высокопористые и др.). Большинство из вышеперечисленных
материалов имеет сложный фазовый состав и структуру и относится к классу
композиционных материалов.
Композиционные материалы получили широкое применение в
различных областях машиностроения благодаря возможности управления
физическими и химическими свойствами на всех этапах производства
изделий. Металломатричные композиты, состоящие из твердых соединений
(TiC, TiB, WC) скрепленных относительно мягкой и вязкой металлической
связкой (Fe, Co, Ni), обладают высокими параметрами твердости и
износостойкости, необходимыми для работы в условиях интенсивных
абразивных нагрузок, которые могут наблюдаться при высокоскоростной
металлообработке, при эксплуатации деталей машин аграрной, горной и
нефтегазовой отраслей.
Инструментальная быстрорежущая сталь Р6М5 широко используется
для изготовления металлорежущего инструмента. Благодаря относительно
высокой жаропрочности эта сталь также представляет интерес в качестве10
материала износостойких покрытий, работающих при повышенных
температурах. Важным ее преимуществом при использовании в качестве
покрытия является способность самозакалки в процессе охлаждения
нанесенного слоя. Дополнительное улучшение свойств наплавленных
покрытий на основе порошка быстрорежущей стали можно получить
введением в порошковую присадку тугоплавких соединений, в частности,
металлических карбидов. При этом важным для конечного результата
свойством карбидов является их растворимость в расплаве наплавочной
ванны.
В большинстве случаев при наплавке композиционных покрытий
используют механические смеси порошков металла (сплава) и карбида. Из-за
различия в дисперсности и плотности порошков имеется опасность
сегрегации компонентов порошковой смеси при подаче в наплавочную ванну
и, как следствие, неоднородность наплавляемого покрытия по элементному
составу. Еще более остро проблема сегрегации стоит в технологиях
напыления покрытий. В этом случае особенно необходимо применение
композиционных порошков, каждая гранула в которых содержит дисперсные
карбидные частицы, однородно распределенные в стальной связке.
Использование таких композиционных порошков в качестве материала для
наплавки и напыления износостойких покрытий устраняет данные проблемы.
Один из способов получения композиционных гранул – спекание
порошковых смесей карбида со стальной связкой при температурах ниже,
чем температура начала интенсивной усадки и уплотнения прессовок [1].
При этом смежные разнородные частицы припекаются друг к другу,
полученный пористый спек легко дробится. Последующим ситовым
рассевом выделяются гранулы композиционного порошка размеров,
необходимых для наплавки или напыления.
Однако, наиболее технологичным и высокопроизводительным
способом получения композиционных порошков «дисперсный карбид –11
металлическая связка» следует признать самораспространяющийся
высокотемпературный синтез (СВС) в порошковых реакционных смесях
углерода, металла, образующего карбид, и металла (металлов), образующих
металлическую связку. В частности, этим методом был получен ряд
композитов на основе карбида титана с железными и стальными связками.
связка Р6М5», а также электронно-лучевые и плазменные покрытия на их
основе.
Целью настоящей работы было исследование порошковых композитов
TiC – связка Р6М5, полученных методом СВС, а также электроннолучевых и
напыленных покрытий и наплавок из них для последующего их применения
в качестве материала износостойких покрытий.
В результате исследований описаны структурные особенности и
некоторые физико – механические свойства композиционных порошков
«карбид титана – связка на основе быстрорежущей стали», а также покрытий
и наплавок на их основе.
Степень внедрения: внедрение в производство не осуществлено.
Область применения: порошковая металлургия, изготовление
металлорежущего инструмента, ремонтно – восстановительные технологии,
износостойкие покрытия.
Экономическая эффективность/значимость работы – проект обладает
высокой ресурсоэффективностью и является ресурсосберегающим.
Введение
Технологии порошковой металлургии применялись человеком ещё в
древние времена. В бронзовом веке люди умели получать и использовать для
получения изделий порошки золота и меди, а также применять горячую
ковку порошковой массы. Этот опыт был использован около 5 тыс. лет назад
для изготовления железных орудий труда и вооружения. В 20-м веке
растущие потребности в таких изделиях, как тугоплавкие нити накаливания,
меднографитовые токосъемные щетки и т.д., возродили интерес к
порошковой металлургии, позволяющей получать материалы и изделия,
которые невозможно получить по технологиям традиционной металлургии,
основанной на литье. Продукция современной порошковой металлургии
включает материалы со специфическими свойствами и с широкой областью
применения (дисперсно упрочненные, фрикционные, антифрикционные,
износостойкие, высокопористые и др.). Большинство из вышеперечисленных
материалов имеет сложный фазовый состав и структуру и относится к классу
композиционных материалов.
Композиционные материалы получили широкое применение в
различных областях машиностроения благодаря возможности управления
физическими и химическими свойствами на всех этапах производства
изделий. Металломатричные композиты, состоящие из твердых соединений
(TiC, TiB, WC) скрепленных относительно мягкой и вязкой металлической
связкой (Fe, Co, Ni), обладают высокими параметрами твердости и
износостойкости, необходимыми для работы в условиях интенсивных
абразивных нагрузок, которые могут наблюдаться при высокоскоростной
металлообработке, при эксплуатации деталей машин аграрной, горной и
нефтегазовой отраслей.
Инструментальная быстрорежущая сталь Р6М5 широко используется
для изготовления металлорежущего инструмента. Благодаря относительно
высокой жаропрочности эта сталь также представляет интерес в качестве10
материала износостойких покрытий, работающих при повышенных
температурах. Важным ее преимуществом при использовании в качестве
покрытия является способность самозакалки в процессе охлаждения
нанесенного слоя. Дополнительное улучшение свойств наплавленных
покрытий на основе порошка быстрорежущей стали можно получить
введением в порошковую присадку тугоплавких соединений, в частности,
металлических карбидов. При этом важным для конечного результата
свойством карбидов является их растворимость в расплаве наплавочной
ванны.
В большинстве случаев при наплавке композиционных покрытий
используют механические смеси порошков металла (сплава) и карбида. Из-за
различия в дисперсности и плотности порошков имеется опасность
сегрегации компонентов порошковой смеси при подаче в наплавочную ванну
и, как следствие, неоднородность наплавляемого покрытия по элементному
составу. Еще более остро проблема сегрегации стоит в технологиях
напыления покрытий. В этом случае особенно необходимо применение
композиционных порошков, каждая гранула в которых содержит дисперсные
карбидные частицы, однородно распределенные в стальной связке.
Использование таких композиционных порошков в качестве материала для
наплавки и напыления износостойких покрытий устраняет данные проблемы.
Один из способов получения композиционных гранул – спекание
порошковых смесей карбида со стальной связкой при температурах ниже,
чем температура начала интенсивной усадки и уплотнения прессовок [1].
При этом смежные разнородные частицы припекаются друг к другу,
полученный пористый спек легко дробится. Последующим ситовым
рассевом выделяются гранулы композиционного порошка размеров,
необходимых для наплавки или напыления.
Однако, наиболее технологичным и высокопроизводительным
способом получения композиционных порошков «дисперсный карбид –11
металлическая связка» следует признать самораспространяющийся
высокотемпературный синтез (СВС) в порошковых реакционных смесях
углерода, металла, образующего карбид, и металла (металлов), образующих
металлическую связку. В частности, этим методом был получен ряд
композитов на основе карбида титана с железными и стальными связками.
С использованием СВ-синтеза в порошковых реакционных смесях титана,
технического углерода и стали Р6М5 получены композиционные порошки
«карбид титана – стальная связка», структуру которых (морфология и
дисперсность карбидной фазы и объемная доля металлической связки)
можно целенаправленно регулировать в широких пределах.
2. При электронно-лучевой наплавке смесей СВС композиционных порошков
TiC + Р6М5 с порошком быстрорежущей стали формируется
двухуровневая структура наплавленного покрытия с матрицей из
быстрорежущей стали и двумя разномасштабными упрочняющими
элементами: гранулы композиционного порошка размером более 100 мкм
и отдельные карбидные включения в стальной связке.
3. При наплавке происходит уменьшение размера гранул в структуре
наплавленного покрытия по сравнению с их исходным размером в
присадочных порошковых смесях. Отдельные карбидные включения в
стальной связке наплавленного покрытия различаются морфологией и
дисперсностью и имеют двоякое происхождение.
4. Ввиду эффекта самозакалки быстрорежущей стали при охлаждении
наплавочной ванны в процессе наплавки, введение карбида титана в
структуру наплавленных покрытий мало влияет на их твердость.
5. Абразивная износостойкость покрытий, наплавленных смесями с
композиционными порошками, зависит от дисперсности композиционных
порошков в порошковых присадках и в 2,3 – 4,7 раз превышает
износостойкость покрытия, наплавленного порошком быстрорежущей
стали.
6. При плазменном напылении композиционного порошка TiC + Р6М5
полностью сохраняется структура напыляемого композиционного порошка
в покрытии, что обеспечивает повышение твердости и износостойкости109
покрытия в 2,0 и 7,6 раз соответственно по сравнению с покрытием,
напыленным стальным порошком.
технического углерода и стали Р6М5 получены композиционные порошки
«карбид титана – стальная связка», структуру которых (морфология и
дисперсность карбидной фазы и объемная доля металлической связки)
можно целенаправленно регулировать в широких пределах.
2. При электронно-лучевой наплавке смесей СВС композиционных порошков
TiC + Р6М5 с порошком быстрорежущей стали формируется
двухуровневая структура наплавленного покрытия с матрицей из
быстрорежущей стали и двумя разномасштабными упрочняющими
элементами: гранулы композиционного порошка размером более 100 мкм
и отдельные карбидные включения в стальной связке.
3. При наплавке происходит уменьшение размера гранул в структуре
наплавленного покрытия по сравнению с их исходным размером в
присадочных порошковых смесях. Отдельные карбидные включения в
стальной связке наплавленного покрытия различаются морфологией и
дисперсностью и имеют двоякое происхождение.
4. Ввиду эффекта самозакалки быстрорежущей стали при охлаждении
наплавочной ванны в процессе наплавки, введение карбида титана в
структуру наплавленных покрытий мало влияет на их твердость.
5. Абразивная износостойкость покрытий, наплавленных смесями с
композиционными порошками, зависит от дисперсности композиционных
порошков в порошковых присадках и в 2,3 – 4,7 раз превышает
износостойкость покрытия, наплавленного порошком быстрорежущей
стали.
6. При плазменном напылении композиционного порошка TiC + Р6М5
полностью сохраняется структура напыляемого композиционного порошка
в покрытии, что обеспечивает повышение твердости и износостойкости109
покрытия в 2,0 и 7,6 раз соответственно по сравнению с покрытием,
напыленным стальным порошком.