Registration Number
0824U001452, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
14-05-2024
popup.evolution
o
Title
Regularities of Al-Fe powder alloys preparation for tribotechnical applications.
Author
Serhii Teslia,
popup.head Anatoliy Stepanchuk
popup.opponent Oleksandr O. Stasiuk
popup.opponent Oleksandr I. Tolochyn
popup.review Mykhailo M. Yamshynskyi
popup.review Anatolii Minitskyi
popup.rada
National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей отримання порошків сплав Al–15Fe методом механічного диспергування розплавів та технологій подальшого компактування виробів з них методами пресування з наступним спіканням та гарячим штампуванням. Особливу увагу приділено сплавам Al–15Fe з добавками твердих мастил графіту та дисульфіду молібдену, як найбільш перспективних систем для використання в області триботехнічних матеріалів. Унаслідок аналізу методів отримання порошків сплавів Al–Fe показано, що найбільш ефективним методом отримання порошків з дисперсно-зміцненою структурою є розпилювання розплавів рідинами та газами високого тиску. За даних умов їх отримання відбувається формування дисперсних фаз інтерметалідів за рахунок швидкості охолодження продуктів диспергування у межах 105 – 106 °С/с. У розділі 2 дисертаційної роботи наведено загальну характеристику вихідних матеріалів, методів отримання порошків Al–15Fe методами механічного диспергування та їх подальше ущільнення методами пресування з наступним спіканням та гарячого штампування. Відповідно до аналітичного опису процесів диспергування встановлено, що швидкість охолодження в досліджуваних умовах змінюється від 1 × 107 °С/с до 2,2 × 107 °С/с і в середньому складає 1,5 × 107 °С/с. Показано, що мікроструктура порошків складається з матриці із твердого розчину алюмінію та рівномірно розподілених фаз інтерметалідів. Відмічається утворення стабільної Al13Fe4 та метастабільної фази Al6Fe, яка кристалізується у вигляді дисперсних частинок розміром 1 – 3 мкм та у вигляді стільникової евтектики яка складається з двох взаємо переплетених дендритів α-Al та Al6Fe. У наслідок проведеного аналітичного опису процесу пресування порошків отриманих диспергуванням розплаву Al–15Fe, згідно теоретичних засад процесів ущільнення закладених М. Ю. Бальшиним, встановлено механізм компактування. Показано, що під час збільшення ступеня деформації фактор пресування L в рівнянні пресування за М. Ю. Бальшиним не залишається постійним, а збільшується. Останнє вказує на те, що в основі ущільнення лежить не тільки пластична деформація, а приймають участь й інші процеси. Дослідженням процесів спікання встановлено, що ущільнення пресовок зі сплаву Al–15Fe під час нагрівання в інтервалі температур 500 – 600 °С протягом 30 хв в середовищі водню, супроводжується проявами від’ємної усадки, яка зростає зі збільшенням часу ізотермічної витримки. Останнє зумовлено трансформацією метастабільної фази Al6Fe у Al13Fe4 , яка супроводжується збільшенням питомого об’єму. Застосування для компактування порошків з сплаву Al–15Fe імпульсного методу ущільнення гарячим штампуванням за встановленими оптимальними умовами (енергія штампування 2,5 кДж та температура попереднього нагріву 500 °С) сприяє отриманню практично безпористих матеріалів. Проведено експериментальні дослідження щодо отримання та вивчення властивостей чистого інтерметаліду Al13Fe4. Отримані фундаментальні дані властивостей Al13Fe4, а саме модуль пружності складає 180 ± 10 ГПа, мікротвердість 1000 ± 15 HV, межа міцності на згин – 63 ± 5 МПа, коефіцієнт теплопровідності 20 ± 3 Вт/м×К, питомий електроопір – 2 ± 0,7×10-6 Ом×м. Отримані дані лягли в основу моделювання властивостей сплавів Al–15Fe. Було встановлено, що розрахункові згідно розроблених моделей значення міцності на розтяг складають 350 ± 12 МПа, в той же час для сплавів отриманих гарячим штампуванням експериментальні значення міцності на розтяг складає 250 ± 8 МПа, а для спечених 150 ± 10 МПа. Оскільки, більшість триботехнічних матеріалів працюють в умова стискальних навантажень, було проведено дослідження механічних властивостей в умовах стиску залежно від методу отримання матеріалу. Показано, що сплави отримані гарячою штамповкою мають межу текучості на рівні 350 ± 10 МПа, натомість після спікання 240 ± 13 МПа, що може бути зумовлено різним механізмом формування металевого контакту між вихідними частинками порошку під час їх ущільнення. Виходячи з вимог до матеріалів триботехнічного призначення відносно їх високої теплопровідності були досліджені теплофізичні характеристики сплавів Al–15Fe. Отримані значення теплопровідності сплавів Al–15Fe змінюються в межах 145 – 150 ± 8 Вт/м×К залежно від умов їх отримання. В роботі були проведені дослідження по вивченню процесів окиснення сплавів за температур 300 ºС, 500 ºС, 700 ºС та 900 ºС протягом різного часу витримки в межах 30 – 120 хв на повітрі. Аналіз отриманих результатів окиснення показує, що за температур 300 – 500 ºС процеси зміни маси і, відповідно, окиснення практично не відбуваються. Відповідно до рентгенівських досліджень за температур окиснення 300 °С – 700 °С також ідентифікуються рефлекси фаз κ-Al2O3, Al, Al6Fe. Отримання сплавів триботехнічного призначення в роботі проводили з добавками твердих мастил на основі С та MoS2. За наявності твердих мастил в зоні тертя, продукти руйнування та шари мастил змішуються, утворюючи вторинні структури.
Registration Date
2024-04-04
popup.nrat_date
2024-05-15 / 2026-07-01
