WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Полученный размер оказался прямо пропорционален проводимости вещества, составляя порядка 10-8 м. Т.е., для обеспечения наибольшей эффективности нанодисперсных частиц как катализаторов процесса зародышеобразования необходимо, чтобы их радиус был по порядку величины равен Дебаевскому радиусу экранирования (rS rД).

2) Дисперсность структуры сплавов возрастает при уменьшении размера УДП-частиц.

3) Эффективность модифицирования (степень измельчения зерна кристаллической структуры или кристаллизационной ячейки) зависит от природы плакирующего металла. В исследуемых случаях большая эффективность достигалась при использовании плакирующего металла, работа выхода электрона которого была выше, чем у металла расплава, причем возрастала вместе с этой разностью.

4) На основе теоретических и экспериментальных данных был сделан вывод, что использование гетерогенных затравок при кристаллизации жидких металлов приводит к значительному уменьшению температуры переохлаждения.

Итак, при малом времени существования перегрева наиболее вероятной причиной появления электрического поля являются радикалы, при растворении частиц с увеличением продолжительности перегрева существенным становится электроконтактное взаимодействие. Интенсивность обоих вкладов возрастает с уменьшением радиуса частиц. Степень химической активности может быть усилена наличием электрического потенциала благодаря понижению энергии активации и повышению скоростей реакции. Однако только механизм, связанный с электрическим полем, позволяет объяснить наличие эффекта модифицирования у широкого класса УДП тугоплавких соединений.

2.2 Опытно-промышленное исследование влияния ультрадисперсных порошков, полученных механохимическим способом, на свойства стали, чугуна и меди

Было исследовано влияние УДП, полученных механохимическим способом, на структуру и механические свойства сплавов и металлов. Модификаторы получали следующим образом: керамические тугоплавкие порошки (нитриды, бориды, карбиды, карбонитриды металлов) подвергали совместному помолу в планетарных мельницах с металлом-протектором (Ni, Cr, Co, и т.д.). Металл-протектор плакирует тугоплавкие керамические частицы, препятствует их коагуляции, обеспечивает хорошую смачиваемость расплавом, а также стабилизирует заряды на поверхности керамических наночастиц, которые образуются в результате МО.

2.2.2 Влияние УДП на свойства непрерывнолитой стали Ст-3

Повышение качества литого металла в слитках, полученных непрерывной разливкой стали, устранение таких дефектов, как осевая пористость, химическая и структурная неоднородность, является важной задачей в практике непрерывного литья. УДП закатывался в стальную ленту, которая непрерывно вводилась в промежуточный ковш со скоростью, обеспечивающей поступление его в расплав в количестве 0,025 % масс. Было обнаружено, что применение УДП приводит к более шарообразному виду перлитных структур в феррите, а последующая ковка этих образцов приводит к более мелкозернистой структуре перлита в модифицированном образце (рис. 11). Эти структурные изменения обусловливают возрастание значений прочности на разрыв (1015%), предела текучести (15%), относительного сужения (70%).

Рисунок 11 Электронно-микроскопические снимки образцов литой стали

СТ-3, подвергнутой ковке: а немодифицированная; б модифицированная

2.2.3 Модифицирование стали 110Г13Л

В марганцовистой стали марки 110Г13Л в результате модифицирования смесью УДП нитрида титана (0.025 масс.%) с порошком хрома изменилось соотношение первичных карбидов, расположенных внутри кристаллов и выделившихся по их границам, где количество карбидов существенно уменьшилось. Мелкие карбидные включения внутри зерен сохраняются после термообработки, что обеспечивает повышение прочности стали на 20 – 30 %, пластичности на 25 – 35 % и сопротивления абразивному износу на 25 -35 % (Таблица 1).

Таблица 1 Механические характеристики стали 110Г13Л

Вид

сплава

Предел

прочности

при разрыве

В, МПа/м2

Предел

прочности

при изгибе

0.2, МПа/м2

Относительное

удлинение

, %

Относительное

сужение

, %

Без УДП

662.4

388.6

31.5

17.5

С УДП (0.025%)

871.5

507.5

53.8

36.6

2.2.4 Влияние УДП на свойства меди

Введение УДП (SiC), полученного механохимической обработкой с веществом-протектором в медь в количестве 0.04% приводит к уменьшению размеров зерна (рис. 13б), по сравнению с медью без УДП (рис. 12а). Уменьшение же количества УДП до 0.004% приводит к еще большему измельчению зерна (рис. 12в).

а б в

Рисунок 12 Электронно-микроскопические снимки образцов:

а исходной меди; б после введения УДП 0.04% масс.; в 0.004% масс.)

Наконечники для фурм кислородных конверторов, изготовленные из модифицированной меди (0.02-0.03% SiC с хромом), характеризуются более мелкой и более однородной кристаллической структурой (рис. 13), это приводит к снижению газопроницаемости и увеличению срока службы.

Рисунок 13 Наконечники для фурм кислородных конверторов

2.2.5 Модифицирование серого чугуна марки СЧ-18

Модифицирующий порошок в количестве 0.010.05 мас.% и размером частиц <0,1 мкм вводился в разливочный ковш под струю жидкого металла, температура которого составляла от 1390 С±10 С, гомогенизировался в течение 510 мин, затем металл разливался в формы. Благодаря использованию в качестве вещества-протектора металла, обладающего хорошей смачиваемостью, ультрадисперсные частицы под действием конвективных потоков легко усваивались и равномерно распределялись по объему расплава, являясь зародышами кристаллов. Поскольку вводимые частицы еще и активны за счет дефектов структуры, возникающих при обработке их в центробежной планетарной мельнице, они эффективно воздействуют не только на зарождение и рост кристаллов, но также изменяют морфологию зерен и включений графита.

Структура модифицированного чугуна (рис. 14 б, в) отличается более высокой дисперсностью и морфологией включений графита. Если контрольная (немодифицированная) отливка (рис. 14а) (увеличение в 100 раз) имеет обычную для серого чугуна пластинчатую форму графита, то модифицированные отливки (рис. 14б и 14в) характеризуются компактной (хлопьевидной или глобулярной) формой графитовых включений. В связи с этим повышаются механические характеристики отливок: предел прочности на разрыв в увеличивается на 2030%, относительное удлинение – на 2040% по сравнению с контрольным образцом.

Рисунок 14 Морфология включений графита в чугунных отливках:

а) не модифицированная; б) модифицированная (TiN+SiC+Ni);

в) модифицированная (SiC+Cr)

Из этих рисунков видно, что применение хрома в качестве активирующего металла более эффективно, чем никеля. Это находится в согласии с теорией ЭКВ. Работа выхода электрона и для никеля, и для хрома больше, чем у железа, что позволяет им быть более эффективными модификаторами. Но разность работ выхода электрона у хрома с железом в два раза больше, чем у никеля с железом, что и повышает его эффективность.

2.2.6 Модифицирование чугуна ИЧХ28Н2

Опытно-промышленные исследования влияния УДП добавок на гидроабразивный износ чугуна марки ИХЧ28Н2 проводили на деталях запчастей насоса ГрАТ225 (рабочие колеса, внутренние корпуса, защитные диски). Чугун указанной марки выплавляли в индукционной печи ИЧТ-2.5 и разливали по формам. В качестве модифицирующей композиции использовалась смесь УДП нитрида титана и оксида иттрия с порошком хрома в количестве 0.03 масс. % в пересчете на керамические частицы. Из этого же сплава отливались контрольные детали без применения модифицирующей добавки, а также образцы 30Х340 мм с УДП и без УДП для исследования механических характеристик. Все механические свойства опытных образцов, кроме стрелы прогиба, существенно повысились.

Отлитые опытные и контрольные изделия были испытаны в натурных условиях работы насосов в горнодобывающем производстве. В результате было установлено, что использование модифицированных деталей позволяет увеличить срок работы насоса в 1.37 раз.

2.2.7 Влияние УДП на коррозионную стойкость чугуна

Влияние УД добавок на коррозионную стойкость чугуна было проведено на ООО «Ижнефтепласт». Применение УД добавок SiC+Cr (11) приводит к незначительному изменению механических свойств, снижению пластичности металла, однако при этом не наблюдается образования цементита. Обрабатываемость опытных образцов деталей такая же, как и отливок, изготовленных по действующей технологии. Исследования по коррозионной стойкости показали, что после введения УДП стойкость деталей в различных агрессивных средах увеличивается примерно в 2.4 раза. Испытания образцов проводили в серной (25%), азотной (25%), соляной (25%) кислотах.

На рисунке 15 даны фотографии немодифицированного серого чугуна и модифицированного 0.05 масс. % УДП. Видно, что модифицирование приводит к значительному измельчению зерна металла. Кроме этого, при модифицировании наблюдается изменение металлической основы в сторону увеличения перлита. При этом меняется морфология (форма) графитовых включений. Вместо пластинчатой образуется гнездообразная (розеточная) форма.

Без УДП 0.005% УДП 0.025%УДП

(Колонии пластинчатого (Розеточное распределение графитовых включений)

графита)

Рисунок 15 Чугун немодифицированный и модифицированный 0.005 и 0.025% УДП

(в пересчете на керамические частицы)

Рисунок 16 Спец.чугун (слева 0.3% - Fe Si Ba, справа – 0.7% Fe Si Ba)

(пластинчатая прямолинейная форма графита)

У модифицированного спецчугуна (0.3% и 0.5% ферросилиция с барием) форма графитовых включений остается пластинчатой (рис. 16), а его свойства уступают чугуну, модифицированному УДП.

Итак, основные результаты и выводы следующие:

Введение небольших количеств модификатора при разливке металла приводит к

а) уменьшению зерна металла в 2-3 раза;

б) увеличению содержания перлита в металлической основе;

в) изменению формы графитовых включений чугуна с пластинчатой на гнездообразную (розеточную);

г) увеличению прочности до 35 %.

д) в результате этого увеличиваются коррозионная стойкость (в 2-3 раза) и стойкость к абразивному износу (примерно в 1,4 раза).

На основании литературных и полученных экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что

1) выбранные для модифицирования область размеров и массовая доля ультрадисперсных частиц соответствуют механизму дисперсионно упрочненного сплава;

2) на примере модифицирования чугуна показано, что состав плакирующего металла существенно влияет на степень изменения морфологии графитовых включений, что находится в согласии с теорией электроконтактного взаимодействия.

2.3 Исследование влияния ультрадисперсных порошков, полученных механохимическим способом, на свойства полимеров

2.3.1 Исследование влияния ультрадисперсных порошков, полученных механохимическим способом, на свойства эластомеров (резин)

Механохимическую обработку природного графита (Ногинского, Курейского и Завальского месторождений) проводили в мельнице АГО-2 при ускорении 40 g.

Известно, что в межплоскостное пространство (между графитовыми сетками) можно интеркалировать различные жидкости и некоторые вещества, растворенные в них. Были подобраны детергенты и их оптимальные количества. Использование этих детергентов позволило диспергировать графит, практически не разрушая графитовых сеток. Такое измельчение графита не приводит к появлению низкомолекулярных соединений со свойствами смол и асфальтенов и поэтому только увеличивает удельную поверхность до 60-80 м2/г (средний размер частиц ~50 нм). Полученные данные показывают, что введение УДП графита в протекторные резины в количестве 5 мас.ч. способствует снижению теплообразования и обеспечивает существенное повышение усталостной выносливости в различных режимах деформации.

Этот факт следует рассматривать как имеющий большое практическое значение, поскольку упругогистерезисные и усталостные свойства резин во многом определяют эксплутационные характеристики пневматических шин. Кроме того, следует учитывать, что себестоимость графитовых наполнителей на 25-30% ниже таковой для технического углерода.

2.3.2 Способ анализа кремнеземного наполнителя для резин (экспресс метод)

В последние годы наблюдается тенденция замены углеродных наполнителей на так называемую белую сажу (кремнеземный наполнитель или ультрадисперсный диоксид кремния). Отечественными и иностранными заводами выпускаются различные марки кремнеземных наполнителей: Зеосил (Франция), Перкасил, БС-120, Росил-175 (Россия) и другие, но, несмотря на полное соответствие всех показателей стандартам, резины, полученные с применением этих наполнителей, отличаются по своим свойствам.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»