RU2499066C2 - Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties - Google Patents

Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties Download PDF

Info

Publication number
RU2499066C2
RU2499066C2 RU2011121366/02A RU2011121366A RU2499066C2 RU 2499066 C2 RU2499066 C2 RU 2499066C2 RU 2011121366/02 A RU2011121366/02 A RU 2011121366/02A RU 2011121366 A RU2011121366 A RU 2011121366A RU 2499066 C2 RU2499066 C2 RU 2499066C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
powders
composite
metal
relative density
Prior art date
Application number
RU2011121366/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011121366A (en
Inventor
Лев Соломонович Кохан
Борис Феликсович Белелюбский
Александр Васильевич Шульгин
Матвей Владимирович Шишимиров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт
Priority to RU2011121366/02A priority Critical patent/RU2499066C2/en
Publication of RU2011121366A publication Critical patent/RU2011121366A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2499066C2 publication Critical patent/RU2499066C2/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: selection of components is performed using the following relationship: C c o m = i = 1 k C i ρ i ¯ n i K i ,
Figure 00000069
where Ccom - specified property of composite material; Ci - the same property of i metallic powder; ρ ¯ i
Figure 00000070
- relative density of i metallic powder; ni - porosity index of particles of i metallic powder; Ki - concentration of i metallic powder; i - metallic powder number (i=1…k). Relative density is determined based on equality of contact forces: σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 2 ρ 2 ¯ n 2 F ;
Figure 00000071
σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 3 ρ 3 ¯ n 3 F ;
Figure 00000072
σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т k ρ k ¯ n k F ;
Figure 00000073
σ T 1 k
Figure 00000062
- resistance of plastic deformation of metallic powders; F - contact areas of particles of metallic powders and equations of the composite density: ρ ¯ c o m = i = 1 k ρ ¯ i K i ,
Figure 00000074
where ρ ¯ c o m
Figure 00000075
- specified relative density of composite material.
EFFECT: improving determination accuracy of the specified physic and mechanical properties of composites.
2 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the manufacture of products from powder metal composite materials.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ получения композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством, в котором подбор компонентов для получаемого материала осуществляют исходя из требуемого физико-механического свойства композита, которое определяется составом, свойствами и концентрацией металлических порошков. Например, модуль упругости композиционного материала из металлических порошков (Eком) рассчитывают по формуле «смеси»: E к о м = i 1 k E i K i

Figure 00000001
, где Ei - модуль упругости i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1…k). Аналогичным образом осуществляют подбор компонентов, рассчитывая и другие требуемые физико-механические свойства композита, - теплопроводность, удельное электрическое сопротивление, сопротивление пластической деформации и др. После подбора компонентов производят их смешивание, а затем выполняют обработку давлением полученной смеси (Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. - М.: Изд-во Интекст. - 2005, с.62).The closest in technical essence to the proposed method is a method for producing a composite material from metal powders with a given physical and mechanical property, in which the selection of components for the resulting material is carried out on the basis of the required physical and mechanical properties of the composite, which is determined by the composition, properties and concentration of metal powders. For example, the elastic modulus of a composite material from metal powders (E com ) is calculated by the formula "mixture": E to about m = i - one k E i K i
Figure 00000001
where E i is the elastic modulus of the i-th component (metal powder) of the composite material; K i is the concentration of the ith component (metal powder) of the composite material; i is the number of the component (metal powder) of the composite material (i = 1 ... k). Similarly, the selection of components is carried out, calculating the other required physical and mechanical properties of the composite, such as thermal conductivity, electrical resistivity, resistance to plastic deformation, etc. After selecting the components, they are mixed and then pressure treated with the resulting mixture (Berent V.Ya. Materials and properties of electrical contacts in devices of railway transport. - M .: Publishing house Intekst. - 2005, p.62).

Недостатком прототипа является значительное несоответствие рассчитываемых свойств от экспериментальных данных из-за того, что в известном способе не учитывается форма порошков, их деформационное и напряженное состояния при процессах обработки давлением, объединяющих отдельные порошки в единый композиционный материал, что приводит к увеличению затрат на производство композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством.The disadvantage of the prototype is a significant discrepancy between the calculated properties from the experimental data due to the fact that the known method does not take into account the shape of the powders, their deformation and stress state during pressure processing, combining individual powders into a single composite material, which leads to an increase in the cost of manufacturing a composite material from metal powders with a given physical and mechanical property.

Задачей изобретения является снижение затрат на производство композиционных материалов из металлических порошков за счет повышения точности определения заданных физико-механических свойств композитов.The objective of the invention is to reduce the cost of production of composite materials from metal powders by improving the accuracy of determining the specified physical and mechanical properties of composites.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения композиционного материала из заданных металлических порошков с заданным физико-механическим свойством, включающем подбор компонентов материала, их смешивание и обработку давлением полученной смеси, отличающийся тем, что подбор компонентов осуществляют из выражения: C к о м = i = 1 k C i ρ i ¯ n i K i

Figure 00000002
, где Ском - заданное свойство композиционного материала; Ci., - то же свойство i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; ρ ¯ i
Figure 00000003
- относительная плотность i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; ni - показатель пористости частиц i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала;The problem is solved due to the fact that in the proposed method for producing a composite material from predetermined metal powders with a given physicomechanical property, including selection of material components, their mixing and pressure treatment of the resulting mixture, characterized in that the selection of components is carried out from the expression: C to about m = i = one k C i ρ i ¯ n i K i
Figure 00000002
where C com is a given property of a composite material; C i. , is the same property of the ith component (metal powder) of the composite material; ρ ¯ i
Figure 00000003
- the relative density of the i-th component (metal powder) of the composite material; n i is an indicator of the porosity of the particles of the i-th component (metal powder) of the composite material;

Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1…k), а относительную плотность составляющих (металлических порошков) композиционного материала определяют из условия равенства контактных усилий: σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 2 ρ 2 ¯ n 2 F

Figure 00000004
; σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 3 ρ 3 ¯ n 3 F
Figure 00000005
; σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т k ρ k ¯ n k F
Figure 00000006
, где σ T 1 k
Figure 00000007
- сопротивление пластической деформации составляющих (металлических порошков) композиционного материала;K i is the concentration of the ith component (metal powder) of the composite material; i is the number of the component (metal powder) of the composite material (i = 1 ... k), and the relative density of the components (metal powders) of the composite material is determined from the condition of equal contact forces: σ t one ρ one ¯ n one F = σ t 2 ρ 2 ¯ n 2 F
Figure 00000004
; σ t one ρ one ¯ n one F = σ t 3 ρ 3 ¯ n 3 F
Figure 00000005
; σ t one ρ one ¯ n one F = σ t k ρ k ¯ n k F
Figure 00000006
where σ T one ... k
Figure 00000007
- resistance to plastic deformation of the components (metal powders) of the composite material;

F - площадь контакта соприкосновения частиц составляющих (металлических порошков) композиционного материала, и уравнения плотности композита: ρ ¯ к о м = i = 1 k K i ,

Figure 00000008
где ρ ¯ к о м
Figure 00000009
- заданная относительная плотность композиционного материала.F is the contact area of the contact of the particles of the constituents (metal powders) of the composite material, and the density equation of the composite: ρ ¯ to about m = i = one k K i ,
Figure 00000008
Where ρ ¯ to about m
Figure 00000009
- a given relative density of the composite material.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, inventive step, since it clearly does not follow from the existing level of technology, is practically feasible in the manufacture of products from powder metal composite materials.

Предлагаемый способ получения композиционных материалов из заданных металлических порошков с заданными физико-механическими свойствами осуществляется следующим образом.The proposed method for producing composite materials from predetermined metal powders with desired physical and mechanical properties is as follows.

Сначала производят подбор компонентов композиционного материала для заданного физико-механического свойства (теплопроводность, удельное электрическое сопротивление, сопротивление пластической деформации, модуль упругости, предел усталости и др.). Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование для подбора компонентов величин относительной плотности металлических порошков, составляющих композит, возведенной в степень показателя пористости соответствующего порошка ( ρ i ¯ n i

Figure 00000010
). Данный параметр учитывает форму порошков в результате осуществления пластической деформации при процессах обработки давлением (прессование, прокатка, осадка и др.), связанных с компактированием и последующим формообразованием для получения геометрии изделия. Причем для многокомпонентных порошков относительную плотность составляющих (металлических порошков) композиционного материала определяют из условия равенства контактных усилий: σ T 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ T 2 ρ 2 ¯ n 2 F
Figure 00000011
; σ T 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ T 3 ρ 3 ¯ n 3 F
Figure 00000012
; σ T 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ T k ρ k ¯ n k F
Figure 00000013
, где σ T 1 k
Figure 00000014
- сопротивление пластической деформации составляющих (металлических порошков) композиционного материала; F - площадь контакта соприкосновения частиц составляющих (металлических порошков) композиционного материала, и уравнения плотности композита: ρ ¯ к о м = i = 1 k ρ ¯ i K i
Figure 00000015
, где ρ ¯ к о м
Figure 00000016
- заданная относительная плотность композиционного материала. Например, для двухкомпонентных композиционных материалов условие равенства контактных усилий будет равно: σ T 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ T 2 ρ 2 ¯ n 2 F
Figure 00000017
, а уравнение для расчета относительной плотности составляющих (металлических порошков) композиционного материала через заданную относительную плотность композита: ρ ¯ K O M = ρ ¯ 1 K 1 + ρ ¯ 2 K 2 .
Figure 00000018
Для расчета относительной плотности композиционных материалов, состоящих из трех и более компонентов, необходимо составить условие равенства контактных усилий сначала между первым компонентом и вторым, затем между первым компонентом и третьим, далее между первым компонентом и компонентом k. Таким образом, выражение для подбора компонентов композиционных материалов из заданных металлических порошков с заданными физико-механическими свойствами примет следующий вид: C к о м = C i ρ i ¯ n i K i
Figure 00000019
, где Ском - заданное свойство композиционного материала; Ci - свойство i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала, соответствующее рассчитываемому; ρ ¯ i
Figure 00000020
- относительная плотность i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; ni - показатель пористости частиц i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1…k).First, the components of the composite material are selected for a given physicomechanical property (thermal conductivity, electrical resistivity, plastic deformation resistance, elastic modulus, fatigue limit, etc.). A distinctive feature of the proposed method is the use for the selection of components of the relative density of the metal powders that make up the composite, raised to the degree of porosity of the corresponding powder ( ρ i ¯ n i
Figure 00000010
) This parameter takes into account the shape of the powders as a result of plastic deformation during pressure processing (pressing, rolling, precipitation, etc.) associated with compaction and subsequent shaping to obtain the geometry of the product. Moreover, for multicomponent powders, the relative density of the constituents (metal powders) of the composite material is determined from the condition of equal contact forces: σ T one ρ one ¯ n one F = σ T 2 ρ 2 ¯ n 2 F
Figure 00000011
; σ T one ρ one ¯ n one F = σ T 3 ρ 3 ¯ n 3 F
Figure 00000012
; σ T one ρ one ¯ n one F = σ T k ρ k ¯ n k F
Figure 00000013
where σ T one ... k
Figure 00000014
- resistance to plastic deformation of the components (metal powders) of the composite material; F is the contact area of the contact of the particles of the constituents (metal powders) of the composite material, and the density equation of the composite: ρ ¯ to about m = i = one k ρ ¯ i K i
Figure 00000015
where ρ ¯ to about m
Figure 00000016
- a given relative density of the composite material. For example, for two-component composite materials, the condition for equal contact forces will be equal to: σ T one ρ one ¯ n one F = σ T 2 ρ 2 ¯ n 2 F
Figure 00000017
and the equation for calculating the relative density of the components (metal powders) of the composite material through a given relative density of the composite: ρ ¯ K O M = ρ ¯ one K one + ρ ¯ 2 K 2 .
Figure 00000018
To calculate the relative density of composite materials consisting of three or more components, it is necessary to make the condition of equal contact forces first between the first component and the second, then between the first component and the third, then between the first component and component k. Thus, the expression for the selection of components of composite materials from given metal powders with given physical and mechanical properties will take the following form: C to about m = C i ρ i ¯ n i K i
Figure 00000019
where C com is a given property of a composite material; C i is the property of the ith component (metal powder) of the composite material corresponding to the calculated one; ρ ¯ i
Figure 00000020
- the relative density of the i-th component (metal powder) of the composite material; n i is an indicator of the porosity of the particles of the i-th component (metal powder) of the composite material; K i is the concentration of the ith component (metal powder) of the composite material; i is the number of the component (metal powder) of the composite material (i = 1 ... k).

Примеры получения композиционных материалов с заданными свойствамиExamples of obtaining composite materials with desired properties

Пример №1. Проверим заданное удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Кмеди=0,20, Кцинка=0,80 при относительной плотности композита ρ ¯ K O M = 0,70

Figure 00000021
. Для данного состава, при равной площади контакта соприкосновения частиц порошков меди и цинка, условие равенства контактных усилий примет вид: σ т м е д и ρ ¯ м е д и n м е д и = σ T ц и н к а ρ ¯ ρ ц и н к а n ц и н к а
Figure 00000022
или 56 ρ ¯ м е д и 2,0 = 30 ρ ¯ ц и н к а 1,8 ,
Figure 00000023
где 56, 30 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков меди и цинка соответственно, МПа; 2,0; 1,8 - показатели пористости частиц порошков меди и цинка соответственно. Из условия равенства контактных усилий ρ ¯ ц и н к а = 1,414 ρ ¯ м е д и 1,111 .
Figure 00000024
Линиаризируем:Example No. 1. Check the specific electrical resistivity of the copper-zinc composite with K copper = 0.20, Z zinc = 0.80 at a relative density of the composite ρ ¯ K O M = 0.70
Figure 00000021
. For this composition, with an equal contact area of contact of particles of powders of copper and zinc, the condition for equal contact forces will take the form: σ t m e d and ρ ¯ m e d and n m e d and = σ T c and n to but ρ ¯ ρ c and n to but n c and n to but
Figure 00000022
or 56 ρ ¯ m e d and 2.0 = thirty ρ ¯ c and n to but 1.8 ,
Figure 00000023
where 56, 30 - plastic deformation resistance during hot processes of pressure treatment of powders of copper and zinc, respectively, MPa; 2.0; 1.8 - indicators of porosity of particles of powders of copper and zinc, respectively. From the condition of equality of contact efforts ρ ¯ c and n to but = 1,414 ρ ¯ m e d and 1,111 .
Figure 00000024
We linearize:

ρ ¯ м е д и

Figure 00000025
ρ ¯ m e d and
Figure 00000025
0,50.5 0,60.6 0,70.7 ρ ¯ ц и н к а
Figure 00000026
ρ ¯ c and n to but
Figure 00000026
0,6550.655 0,8020.802 0,9510.951

Получим ρ ¯ ц и н к а = 1,48 ρ ¯ м е д и 0,085

Figure 00000027
. Подставим полученную зависимость в уравнение плотности для данного композита: ρ ¯ K O M = ρ ¯ м е д и К м е д и + ρ ¯ ц и н к а К ц и н к а = ρ ¯ м е д и К м е д и + ( 1,48 ρ ¯ м е д и 0,085 ) К ц и н к а .
Figure 00000028
Get ρ ¯ c and n to but = 1.48 ρ ¯ m e d and - 0,085
Figure 00000027
. Substitute the obtained dependence in the density equation for this composite: ρ ¯ K O M = ρ ¯ m e d and TO m e d and + ρ ¯ c and n to but TO c and n to but = ρ ¯ m e d and TO m e d and + ( 1.48 ρ ¯ m e d and - 0,085 ) TO c and n to but .
Figure 00000028

Тогда ρ ¯ м е д и = ρ ¯ К О М + 0,085 К ц и н к а К м е д и + 1,48 К ц и н к а .

Figure 00000029
Подставив известные значения, получим: ρ ¯ м е д и = 0,70 + 0,085 0,80 0,20 + 1,48 0,80 = 0,768 1,384 = 0,555
Figure 00000030
и ρ ¯ ц и н к а = 1,48 0,555 0,085 = 0,736.
Figure 00000031
Определим удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита (Rком): R к о м = R м е д и ρ ¯ м е д и n м е д и К м е д и + R ц и н к а ρ ¯ ρ ц и н к а n ц и н к а К ц и н к а = 0,0172 0,555 2,0 0,20 + 0,10 0,736 1,8 0,80 = 0,047  Ом м м 2 / м .
Figure 00000032
Из эксперимента удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Kмеди=0,20, Kцинка=0,80, равно 0,049 Ом·мм2/м (Жданов Л.С., Маранджян В.А. Курс физики. Ч. 2. Электричество, оптика, атомная физика. - М.: Наука, 1966. - С.89). Тогда отклонение расчетной величины от экспериментальной составит: Δ = 0,049 0,047 0,049 100 = 4 % .
Figure 00000033
Then ρ ¯ m e d and = ρ ¯ TO ABOUT M + 0,085 TO c and n to but TO m e d and + 1.48 TO c and n to but .
Figure 00000029
Substituting the known values, we obtain: ρ ¯ m e d and = 0.70 + 0,085 0.80 0.20 + 1.48 0.80 = 0.768 1,384 = 0.555
Figure 00000030
and ρ ¯ c and n to but = 1.48 0.555 - 0,085 = 0.736.
Figure 00000031
Define the electrical resistivity of the copper-zinc composite (R com ): R to about m = R m e d and ρ ¯ m e d and n m e d and TO m e d and + R c and n to but ρ ¯ ρ c and n to but n c and n to but TO c and n to but = 0.0172 0.555 2.0 0.20 + 0.10 0.736 1.8 0.80 = 0,047 Ohm m m 2 / m .
Figure 00000032
From the experiment, the electrical resistivity of the copper-zinc composite with K copper = 0.20, Zn K = 0.80, is equal to 0.049 Ohm · mm 2 / m (Zhdanov L.S., Maranjyan V.A. Physics course. Part 2 Electricity, Optics, Atomic Physics. - M .: Nauka, 1966. - P.89). Then the deviation of the calculated value from the experimental will be: Δ = 0,049 - 0,047 0,049 one hundred = four % .
Figure 00000033

Рассчитаем удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Kмeди=0,20, Kцинкa=0,80 по формуле «смеси» из способа, выбранного в качестве прототипа изобретения: Rком=Rмеди·Rмеди+Rцинка·Kцинка=0,0172·0,20+0,10·0,80=0,083 Ом·мм2/м. Тогда отклонение расчетной величины по формуле «смеси» от экспериментальной составит: Δ = 0,083 0,049 0,083 100 = 41 %

Figure 00000034
We calculate the electrical resistivity of the copper-zinc composite with K copper = 0.20, K zinc = 0.80 according to the formula "mixture" of the method selected as the prototype of the invention: R com = R copper · R copper + R zinc · R zinc = 0.0172 · 0.20 + 0.10 · 0.80 = 0.083 Ohm · mm 2 / m. Then the deviation of the calculated value by the formula "mixture" from the experimental will be: Δ = 0,083 - 0,049 0,083 one hundred = 41 %
Figure 00000034

Таким образом, в предлагаемом способе точность подбора компонентов, исходя из заданного удельного электрического сопротивления для медно-цинкового композита, повышается в 41 4 10

Figure 00000035
раз, что позволит снизить затраты на производство изделий из заданных порошковых металлических композиционных материалов за счет сокращения количества изделий с недопустимым отклонением от требуемых физико-механических свойств (брак).Thus, in the proposed method, the accuracy of the selection of components, based on a given electrical resistivity for a copper-zinc composite, increases in 41 four 10
Figure 00000035
times, which will reduce the cost of manufacturing products from predetermined powder metal composite materials by reducing the number of products with an unacceptable deviation from the required physical and mechanical properties (marriage).

Особенно важным является повышение точности определения заданных физико-механических свойств композитов при прочностных расчетах. Так, например, повышение точности расчета сопротивления пластической деформации позволит использовать оборудование с меньшим усилием, что приведет к снижению затрат на производство изделий из порошковых металлических композиционных материалов.It is especially important to increase the accuracy of determining the specified physicomechanical properties of composites in strength calculations. So, for example, increasing the accuracy of calculating the resistance to plastic deformation will allow the use of equipment with less effort, which will lead to lower costs for the production of powder metal composite materials.

Пример №2. Проверим заданное сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита с Kжелеза=0,70, Kмеди=0/20, Kникеля=0,10 при относительной плотности композита ρ ¯ к о м

Figure 00000036
=0,85. Запишем условие равенства контактных усилий между частицами порошков железа и меди, при равной площади контакта соприкосновения частиц: σ т ж е л е з а ρ ¯ ж е л е з а n ж е л е з а = σ т м е д и ρ ¯ м е д и n м е д и
Figure 00000037
или 100 ρ ¯ ж е л е з а 3,0 = 56 ρ ¯ м е д и 2,0 ,
Figure 00000038
где 100,56 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков железа и меди соответственно, МПа; 3,0, 2,0 - показатели пористости частиц порошков железа и меди соответственно. Из условия равенства контактных усилий ρ ¯ м е д и = 1,336 ρ ¯ ж е л е з а 1,5 .
Figure 00000039
Линиаризируем:Example No. 2. Check the specified plastic deformation resistance of the iron-copper-nickel composite with K iron = 0.70, K copper = 0/20, K nickel = 0.10 at relative density of the composite ρ ¯ to about m
Figure 00000036
= 0.85. We write the condition for the equality of contact forces between the particles of iron and copper powders, with an equal contact area of contact between the particles: σ t well e l e s but ρ ¯ well e l e s but n well e l e s but = σ t m e d and ρ ¯ m e d and n m e d and
Figure 00000037
or one hundred ρ ¯ well e l e s but 3.0 = 56 ρ ¯ m e d and 2.0 ,
Figure 00000038
where 100.56 - resistance to plastic deformation during hot processes of pressure treatment of powders of iron and copper, respectively, MPa; 3.0, 2.0 - indicators of porosity of particles of powders of iron and copper, respectively. From the condition of equality of contact efforts ρ ¯ m e d and = 1,336 ρ ¯ well e l e s but 1,5 .
Figure 00000039
We linearize:

ρ ¯ ж е л е з а

Figure 00000040
ρ ¯ well e l e s but
Figure 00000040
0,60.6 0,70.7 0,850.85 ρ ¯ м е д и
Figure 00000041
ρ ¯ m e d and
Figure 00000041
0,6210.621 0,7740.774 1,01,0

Получим ρ ¯ м е д и = 1,516 ρ ¯ ж е л е з а 0,289

Figure 00000042
. Запишем условие равенства контактных усилий между частицами порошков железа и никеля, при равной площади контакта соприкосновения частиц: σ т ж е л е з а ρ ¯ ж е л е з а n ж е л е з а = σ т н и к е л я ρ ¯ н и к е л я n н и к е л я
Figure 00000043
или 100 ρ ¯ ж е л е з а 3,0 = 65 ρ ¯ н и к е л я 2,8 ,
Figure 00000044
где 100, 65 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков железа и никеля соответственно, МПа; 3,0, 2,8 - показатели пористости частиц порошков железа и никеля соответственно. Из условия равенства контактных усилий ρ ¯ н и к е л я = 1,166 ρ ¯ ж е л е з а 1,071 .
Figure 00000045
. Линиаризируем:Get ρ ¯ m e d and = 1,516 ρ ¯ well e l e s but - 0.289
Figure 00000042
. We write down the condition for equal contact forces between the particles of iron and nickel powders, with equal contact area of contact between the particles: σ t well e l e s but ρ ¯ well e l e s but n well e l e s but = σ t n and to e l I am ρ ¯ n and to e l I am n n and to e l I am
Figure 00000043
or one hundred ρ ¯ well e l e s but 3.0 = 65 ρ ¯ n and to e l I am 2,8 ,
Figure 00000044
where 100, 65 - resistance to plastic deformation during hot processes of pressure treatment of powders of iron and nickel, respectively, MPa; 3.0, 2.8 - indicators of porosity of particles of powders of iron and nickel, respectively. From the condition of equality of contact efforts ρ ¯ n and to e l I am = 1,166 ρ ¯ well e l e s but 1,071 .
Figure 00000045
. We linearize:

ρ ¯ ж е л е з а

Figure 00000046
ρ ¯ well e l e s but
Figure 00000046
0,60.6 0,70.7 0,850.85 ρ ¯ н и к е л я
Figure 00000047
ρ ¯ n and to e l I am
Figure 00000047
0,6750.675 0,7960.796 0,980.98

Получим ρ ¯ н и к е л я = 1,22 ρ ¯ ж е л е з а 0,057

Figure 00000048
. Подставим полученные зависимости в уравнение плотности для данного композита: ρ ¯ к о м = ρ ¯ ж е л е з а К ж е л е з а + ρ ¯ м е д и К м е д и + ρ ¯ н и к е л я К н и к е л я = ρ ¯ ж е л е з а 0,70 + ( 1,516 ρ ¯ ж е л е з а 0,289 ) 0,20 + ( 1,22 ρ ¯ ж е л е з а 0,057 ) 0,10
Figure 00000049
.Get ρ ¯ n and to e l I am = 1.22 ρ ¯ well e l e s but - 0,057
Figure 00000048
. We substitute the obtained dependences in the density equation for this composite: ρ ¯ to about m = ρ ¯ well e l e s but TO well e l e s but + ρ ¯ m e d and TO m e d and + ρ ¯ n and to e l I am TO n and to e l I am = ρ ¯ well e l e s but 0.70 + ( 1,516 ρ ¯ well e l e s but - 0.289 ) 0.20 + ( 1.22 ρ ¯ well e l e s but - 0,057 ) 0.10
Figure 00000049
.

Получим ρ ¯ ж е л е з а = ρ ¯ к о м + 0,0635 1,1252 = 0,85 + 0,0635 1,1252 = 0,9135 1,1252 = 0,812

Figure 00000050
. Тогда ρ ¯ м е д и = 1,516 0,812 0,289 = 0,942
Figure 00000051
и ρ ¯ н и к е л я = 1,22 0,812 0,057 = 0,934
Figure 00000052
. Определим сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита ( σ т к о м ) :
Figure 00000053
σ т к о м = σ т ж е л е з а ρ ¯ ж е л е з а n ж е л е з а К ж е л е з а + σ т м е д и ρ ¯ м е д и n м е д и К м е д и + σ т н и к е л я ρ ¯ н и к е л я n н и к е л я К н и к е л я = 100 0,812 3,0 0,70 + + 56 0,942 2,0 0,20 + 65 0,934 2,8 0,10 = 52, 79 МПа .
Figure 00000054
Get ρ ¯ well e l e s but = ρ ¯ to about m + 0.0635 1,1252 = 0.85 + 0.0635 1,1252 = 0.9135 1,1252 = 0.812
Figure 00000050
. Then ρ ¯ m e d and = 1,516 0.812 - 0.289 = 0.942
Figure 00000051
and ρ ¯ n and to e l I am = 1.22 0.812 - 0,057 = 0.934
Figure 00000052
. Define the plastic deformation resistance of the iron-copper-nickel composite ( σ t to about m ) :
Figure 00000053
σ t to about m = σ t well e l e s but ρ ¯ well e l e s but n well e l e s but TO well e l e s but + σ t m e d and ρ ¯ m e d and n m e d and TO m e d and + σ t n and to e l I am ρ ¯ n and to e l I am n n and to e l I am TO n and to e l I am = one hundred 0.812 3.0 0.70 + + 56 0.942 2.0 0.20 + 65 0.934 2,8 0.10 = 52, 79 MPa .
Figure 00000054

Из эксперимента сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита Kжелеза=0,70, Kмеди=0,20, Kникеля=0,10 равно 55 МПа (Кохан Л.С., Коростелев А.Б., Роберов И.Г., Мочалов А.Н. Обработка давлением металлов и заготовок из скомпактированных спеченных металлических порошков. - М.: ВИНИТИ, 2008. - 253 с.). Тогда отклонение расчетной величины от экспериментального значения составит: Δ = 55 52,79 55 100 = 4 %

Figure 00000055
.From the experiment, the plastic deformation resistance of the iron-copper-nickel composite K iron = 0.70, K copper = 0.20, K nickel = 0.10 is 55 MPa (Kokhan L.S., Korostelev A.B., Roberov I. G., Mochalov AN The pressure treatment of metals and billets from compacted sintered metal powders. - M .: VINITI, 2008. - 253 p.). Then the deviation of the calculated value from the experimental value will be: Δ = 55 - 52.79 55 one hundred = four %
Figure 00000055
.

Рассчитаем сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита с Kжелеза=0,70, Kмеди=0,20, Kникеля=0,10 по формуле «смеси» из способа, выбранного в качестве прототипа изобретения:We calculate the plastic deformation resistance of the iron-copper-nickel composite with K iron = 0.70, K copper = 0.20, K nickel = 0.10 according to the formula "mixture" from the method selected as the prototype of the invention:

σ т к о м = σ т ж е л е з а К ж е л е з а + σ т м е д и К м е д и + σ т н и к е л я К н и к е л я = 100 0,70 + 56 0,20 + 65 0,10 = 87,7   М П а

Figure 00000056
σ t to about m = σ t well e l e s but TO well e l e s but + σ t m e d and TO m e d and + σ t n and to e l I am TO n and to e l I am = one hundred 0.70 + 56 0.20 + 65 0.10 = 87.7 M P but
Figure 00000056

Тогда отклонение расчетной величины по формуле «смеси» от экспериментального значения составит: Δ = 87,7 55 87,7 100 = 37 % .Then the deviation of the calculated value by the formula "mixture" from the experimental value will be: Δ = 87.7 - 55 87.7 one hundred = 37 % .

Таким образом, в предлагаемом способе точность подбора компонентов, исходя из заданного сопротивления пластической деформации для железо-медно-никелевого композита, повышается в 37 4 9

Figure 00000058
раз.Thus, in the proposed method, the accuracy of the selection of components, based on a given resistance to plastic deformation for an iron-copper-nickel composite, increases 37 four 9
Figure 00000058
time.

После подбора компонентов производят их смешивание, а затем выполняют обработку давлением полученной смеси.After selecting the components, they are mixed, and then pressure treatment of the resulting mixture is performed.

Claims (1)

Способ получения металлического композиционного материала с заданным физико-механическим свойством из заданных металлических порошков, включающий задание физико-механического свойства материала подбором компонентов с учетом заданного свойства порошков и их концентрации, смешивание и обработку давлением полученной смеси, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину относительной плотности металлических порошков, составляющих композиционный материал из условия равенства контактных усилий:
σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 2 ρ 2 ¯ n 2 F ;
Figure 00000059

σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т 3 ρ 3 ¯ n 3 F ;
Figure 00000060

σ т 1 ρ 1 ¯ n 1 F = σ т k ρ k ¯ n k F ,
Figure 00000061

где σ T 1 k
Figure 00000062
- сопротивление пластической деформации металлических порошков;
F - площадь контакта соприкосновения частиц металлических порошков, и уравнения плотности композита:
ρ ¯ к о м = i = 1 k ρ ¯ i K i ,
Figure 00000063

где ρ ¯ к о м
Figure 00000009
- заданная относительная плотность композиционного материала,
при этом подбор компонентов материала осуществляют с использованием следующей зависимости
C к о м = i = 1 k C i ρ i ¯ n i K i ,
Figure 00000064

где Ском - заданное свойство композиционного материала;
Ci - то же свойство i-го металлического порошка;
ρ ¯ i
Figure 00000003
- относительная плотность i-го металлического порошка;
ni - показатель пористости частиц i-го металлического порошка;
Ki - концентрация i-го металлического порошка;
i - номер металлического порошка (i=1…k).
A method of producing a metal composite material with a given physicomechanical property from predetermined metal powders, including setting the physicomechanical property of the material by selecting components taking into account the preset properties of the powders and their concentration, mixing and pressure processing of the resulting mixture, characterized in that it further determines the relative density metal powders making up a composite material from the condition of equal contact forces:
σ t one ρ one ¯ n one F = σ t 2 ρ 2 ¯ n 2 F ;
Figure 00000059

σ t one ρ one ¯ n one F = σ t 3 ρ 3 ¯ n 3 F ;
Figure 00000060

σ t one ρ one ¯ n one F = σ t k ρ k ¯ n k F ,
Figure 00000061

Where σ T one ... k
Figure 00000062
- resistance to plastic deformation of metal powders;
F is the contact area of the contact of particles of metal powders, and the equation of density of the composite:
ρ ¯ to about m = i = one k ρ ¯ i K i ,
Figure 00000063

Where ρ ¯ to about m
Figure 00000009
- a given relative density of the composite material,
wherein the selection of material components is carried out using the following relationship
C to about m = i = one k C i ρ i ¯ n i K i ,
Figure 00000064

where C com is a given property of a composite material;
C i is the same property of the i-th metal powder;
ρ ¯ i
Figure 00000003
- the relative density of the i-th metal powder;
n i is an indicator of the porosity of particles of the i-th metal powder;
K i is the concentration of the i-th metal powder;
i is the number of metal powder (i = 1 ... k).
RU2011121366/02A 2011-05-27 2011-05-27 Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties RU2499066C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011121366/02A RU2499066C2 (en) 2011-05-27 2011-05-27 Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011121366/02A RU2499066C2 (en) 2011-05-27 2011-05-27 Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011121366A RU2011121366A (en) 2012-12-10
RU2499066C2 true RU2499066C2 (en) 2013-11-20

Family

ID=49255386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011121366/02A RU2499066C2 (en) 2011-05-27 2011-05-27 Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2499066C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2074898C1 (en) * 1995-06-26 1997-03-10 Михаил Иванович Доперчук Copper based composition material and method of its production
RU2359051C2 (en) * 2007-06-04 2009-06-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Charge for antifriction composite material on basis of aluminium and sintered antifriction composite material on basis of aluminium, received with its application
US20100108254A1 (en) * 2008-07-15 2010-05-06 Corporation For National Research Initiatives Tailorable titanium-tungsten alloy material thermally matched to semiconductor substrates and devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2074898C1 (en) * 1995-06-26 1997-03-10 Михаил Иванович Доперчук Copper based composition material and method of its production
RU2359051C2 (en) * 2007-06-04 2009-06-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Charge for antifriction composite material on basis of aluminium and sintered antifriction composite material on basis of aluminium, received with its application
US20100108254A1 (en) * 2008-07-15 2010-05-06 Corporation For National Research Initiatives Tailorable titanium-tungsten alloy material thermally matched to semiconductor substrates and devices

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕРЕНТ В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. - М.: Изд-во Интекст, 2005, с.62. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011121366A (en) 2012-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Letenneur et al. Laser powder bed fusion of water-atomized iron-based powders: process optimization
Sunil Repetitive corrugation and straightening of sheet metals
Pandey et al. A theoretical and experimental evaluation of repetitive corrugation and straightening: Application to Al–Cu and Al–Cu–Sc alloys
Spierings et al. Optimization of SLM productivity by aligning 17-4PH material properties on part requirements
Chae et al. Gradient nanostructured tantalum by thermal-mechanical ultrasonic impact energy
RU2499066C2 (en) Method for obtaining composite material from metallic powders with specified physic and mechanical properties
Sweidan et al. Kinetic Monte Carlo simulations of the sintering microstructural evolution in density graded stainless steel fabricated by SPS
Facusseh et al. Study of static recrystallization kinetics and the evolution of austenite grain size by dynamic recrystallization refinement of an eutectoid steel
Wu et al. Cyclic Extrusion Compression Process for Achieving Ultrafine-Grained 5052 Aluminum Alloy with Eminent Strength and Wear Resistance
US20210162499A1 (en) Method for manufacturing sintered member
De Souza et al. Analysis of the tribological behaviour of polymer composite tool materials for sheet metal forming
Yamamoto et al. On the fracture toughness of irradiated F82H: Effects of loss of constraint and strain hardening capacity
Ghani et al. Physical evaluations of Co-Cr-Mo parts processed using different additive manufacturing techniques
Voznesenskaya et al. Optimization of the technological conditions of producing thin sheets and strips from corrosion-resistant VNS9-Sh steel
Halfa et al. Effect of heat treatment on tensile properties and microstructure of Co-Free, Low Ni-10 Mo-1.2 Ti Maraging Steel
Naranjo et al. Rheological and mechanical assessment for formulating hybrid feedstock to be used in MIM & FFF
Huang et al. Effect of grain size on mechanical revolution of pure titanium and die cavity filling rate in hot squeezing mini spur-gear forming process
CN105316600B (en) Valve seat
Hossain et al. Experimental and theoretical investigation of powder–binder mixing mechanism for metal injection molding
KR20170000803A (en) Iron-based sintered alloy and method for producing the same
KR20210142551A (en) Metal powder
Abdallah et al. Are Large Particles of Iron Detrimental to Properties of Powder Metallurgy Steels?
CN105234175B (en) High-strength composite automobile mold guide plate and production process thereof
Dobrzański Goals and contemporary position of powder metallurgy in products manufacturing
Paris et al. Key advantages of high performance lubricants for the manufacturing of powder metallurgy parts

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131027