Установление закономерностей формо- и структурообразования и повышение качества воздухораспыленного железного порошка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, кандидат технических наук Соколова, Елена Александровна

• Соколова, Елена Александровна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соколова, Елена Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

1 .ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Способы и технологии получения железных порошков.

1.1.1 Порошки, полученные методом восстановления оксидов твердым углеродом.

1.1.2. Порошки, полученные методами распыления расплавов. ^

1.1.2.1. Метод получения водораспыленных порошков.

1.1.2.2. Метод получения воздухораспыленных порошков. ^

1.3. Влияние способов и технологий получения железных порошков на их физико-химические и технологические свойства. ^

1.4. Влияние химических и технологических факторов на свойства распыленных железных порошков на различных стадиях процесса их получения. ^q

1.5. Влияние формы, морфологии поверхности и микроструктуры частиц на технологические свойства железных порошков. ^

1.6. Влияние интенсивности измельчения на физико-технологические характеристики железных порошков. ^д

Цели и задачи исследования. ^

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ЧАСТИЦАХ ПОРОШКА

СЫРЦА ЖЕЛЕЗА ПРИ ЕГО ПОЛУЧЕНИИ.

3.1. Процессы формообразования частиц воздухораспыленного железного порошка-сырца. ^

3.2. Процессы структурообразования частиц воздухораспыленного железного порошка-сырца. ^

4. ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАЮЩИЙ ОТЖИГ ЖЕЛЕЗНОГО ВОЗДУХОРАСПЫЛЕННОГО ПОРОШКА

СЫРЦА. ?

4.1. Исследование физико-химических и структурных превращений, протекающих в порошке-сырце в процессе обезуглероживающего отжига в азоте. Q

4.2. Исследование физико-химических и структурных превращений, протекающих в процессе рафинирующего водородного отжига. ^

4.3. Исследование физико-химических и структурных превращений, протекающих в процессе совмещенного восстановительно-обезуглероживающего отжига. ^

4.4. Исследование физико-химических и структурных превращений, протекающих в порошке-сырце в процессе обезуглероживающего отжига в аргоне и последующего восстановительного отжига в водороде.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЦ ВОЗДУХОРАСПЫЛЕННОГО ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА В ПРОЦЕССЕ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СПЕКОВ В РАЗЛИЧНЫХ АППАРАТАХ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Установление закономерностей формо- и структурообразования и повышение качества воздухораспыленного железного порошка»

Порошковая металлургия (ПМ) является одной из динамично развивающихся направлений черной металлургии. Темпы роста ее производства составляют около 7% в год, что превышает темпы роста производства большинства видов металлопродукции [1]. Около 85% всего мирового производства металлических порошковых изделий приходится на изделия, изготовленные на базе железных порошков. Технологии производства металлических порошков постоянно развиваются. К распространенным методам получения железных порошков относятся восстановление железа твердым углеродом из его оксидов, диспергирование расплава исходного материала энергоносителем - сжатым воздухом (либо иным газом, например, азотом) или водой высокого давления с последующим восстановительным отжигом порошка-сырца [2]. Известны также карбонильный, электролитический, гидрометаллургический, механический, газофазный и другие специальные методы получения порошков железа.

В 90-е годы XX века годовое производство железных порошков в мире составляло 1 млн. т, в том числе распыленных — около 600 тыс. т [3]. Максимальное количество распыленных железных, и легированных порошков производится в Северной Америке. Так, в 1995 г. выпуск железных и легированных порошков составил там около 350-400 тыс. т. Из них около 67% было использовано в автомобилестроении [4]. На сегодня известно, что от 65 до 80% всего объема производимых в мире порошков используется в автомобилестроении. В среднем доля порошковых деталей в автомобиле американского производства составляет до 17 кг, в европейском и японском автомобилях — 6-7 кг [5,6]. В последние годы сфера их использования расширяется за счет сварочной техники, производства инструментов, бытовых приборов, спортивного и туристического оборудования и т.д. [5].

Лидирующие позиции в мировом производстве восстановленного железного порошка занимает фирма "Hoganas АВ" (Швеция). В России восстановленные железные порошки получают на ОАО «Сулинский металлургический завод» («СМЗ») в количестве 3,5 тыс. т в год [7].

К ведущим производителям водораспыленного железного порошка в мире относятся фирмы "Hoganas АВ" (Швеция), "Hoganas Corp." (США), "Mannesmann Demag — Hutentechnik" (Германия), "Kavasaki Steel Corp.", "Kobe Steel 1л<Г'(Япония), Броварский завод порошковой металлургии (Украина). В России на ОАО «СМЗ» водораспыленные железные порошки производились до начала 90-х гг. В настоящее время оборудование законсервировано, поэтому водораспыленные железные порошки закупаются у Швеции и Украины. За рубежом производство воздухораспыленного железного порошка было прекращено рядом фирм из-за отсутствия требуемого сырья и недостаточной стабильности характеристик. В России распыленные железные порошки в настоящее время выпускаются только на ООО «Северстальмаш - Тяжмаш» путем распыления высокоуглеродистого расплава железа воздухом [8] . Однако на ООО «Северстальмаш - Тяжмаш» (г.Череповец), где первородный чугун хорошо пригоден для этой цели, оно развивается по усовершенствованной технологии. В начале 2000-х гг. выпуск железных и легированных порошков ООО «Северстальмаш - Тяжмаш» составлял более 3 тыс. т в год. Предполагается, что в России в 2005 г. Потребление железных нелегированнных порошков достигнет 13800 т, в том числе за счет увеличения выпуска воздухораспыленных железных порошков более чем в два раза [5].

ООО «Северстальмаш - Тяжмаш» поставляет железные порошки, в частности, на ГАЗ, ВАЗ, Димитровградский автоагрегатный завод (ДААЗ). ОАО «АвтоВАЗ» рассматривает, в частности, возможность замещения железных порошков фирмы "Hoganas АВ" порошками ООО «Северстальмаш -Тяжмаш» [9].

Производство воздухораспыленных железных порошков включает в себя множество технологических операций, соблюдение режимов которых обеспечивает качество порошка. Однако практика порошковой металлургии железа намного опережает его металловедение.

В этой связи целью настоящего исследования является установление закономерностей формо- и структурообразования частиц, происходящих на всех стадиях получения железного порошка, произведенного путем распыления высокоуглеродистого расплава железа воздухом^ для улучшения технологических свойств порошка, а также рассмотрение возможности интенсификации процесса его получения. Ранее столь детальные систематические исследования по данной теме не проводились.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Соколова, Елена Александровна

10. Результаты работы используются на ООО «Северстальмаш-Тяжмаш» при проведении востановительно-обезуглероживающего отжига.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соколова, Елена Александровна, 2005 год

1. Кулик О.П., Левша Д.А., Чернышев Л.И.// Порошковая металлургия (Киев). 2001. - №5-6. - С. 123-128.

2. Акименко В.Б., Буланов В.Я., Гуляев И.А. и др. Состав, структура и свойства железных и легированных порошков. — Екатеринбург: УИФ «Наука», 1996. 352 с.

3. Iron Powder Production for P.M. Steel Times. 1996. 224. - №10. - P.348-349.

4. Min P.// International Journal of Powder Met. 1996. 32. - №3. - P.221-222, 224-228.

5. Турецкий Я.М., Акименко В.Б., Гуляев И.А. Распыленные железные порошки — вчера, сегодня и завтра// Технологии металлов. 1999. №10. - С.9-16.

6. Pulvermetallurgielag Europa auch 1995 auf Wachstumkurs// Maschinenmarkt. -1996. 102.-№27.-HI.

7. Арсентьева И., Губенко Б., Гуляев И., Калашникова О., Секачёв М. Железные порошки: практика и металловедение// Национальная металлургия. Октябрь ноябрь 2002 г. - №6. - С.93-97.

8. Патент РФ № 1510223, МКИ В22 F9/06. Способ получения железного порошка/ Лопухин Ю.В., Данилов Л.И., Пиорро Э.Ч.; ООО «Северсталь»: Заявлен. 03.11.87.

9. Энергетика и промышленность России №1 (17), январь 2002 г. -http://www.eprussia.ni/epr/info/sklad/017/proizv2.htm.

10. Порошок железный. Технические условия. ГОСТ 9849-86.

11. Порошок железный Распыленный воздухом Технические условия ТУ 14-1-5365-98.

12. Н.Фомина, С.Н.Суворова, Я.М.Турецкий. Порошковая металлургия. Энциклопедия международных стандартов. М.: ИПК издательство стандартов. 1999. - С.221-222,224-228.

13. В.Б.Акименко, И.А.Гуляев, О.Ю.Калашникова, М.А.Секачев, Я.М.Турецкий. Новое в отечественной порошковой металлургии железа и легированных сталей// Металлург. 1999. -№11.- С.43-44.

14. Кулик О.П., Денисенко Э.Т. Методы получения и свойства порошков железа и сплавов на его основе. Технология. Межотраслевой научно-технический сборник. - 1987. - №3. - С.7.

15. А.Ф.Силаев. Получение металлических порошков методом распыления расплавов. в кн.: Порошковая металлургия (Труды научно-технической сессии). - М.: Металлургиздат, 1954. - С.92-111.

16. Чугун передельный. Технические условия. ГОСТ 805-95.

17. Иващенко Ю.Н., Малышенко А.А., Фирстов С.А. Морфология и химическая неоднородность поверхностных слоев железных порошков. -Препринт. АН УССР. Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича, 90-№13. Киев, 1990,42 с.

18. Э.Н.Поспехова, С.В.Бяков, И.А.Гуляев, Е.И.Довгань, Я.М.Турецкий. Сравнительная оценка качества восстановленных и распыленных железных порошков. Металлические порошки, их свойства и применение. — Москва: «Металлургия», 1983. - С.И-14.

19. Справочник по чугунному литью. Под ред. Н.Г.Гиршовича. 3-е изд., перераб. и доп. JL: Машиностроение. Ленинградское отд., 1978. - С.20-22.

20. Э.Н.Поспехова, С.В.Бяков, Е.И.Довгань, И.В.Мелентьев. Влияние углерода на структуру железных порошков, распыленных воздухом. -Порошковая металлургия. М.: «Металлургия», 1981. -С. 19-24.

21. Ничипоренко О.С., Найда Ю.И. Формообразование порошка при распылении// Порошковая металлургия. — 1968. №10. - С. 1-4.

22. Ничипоренко О.С. Роль вязкости расплава в формировании частиц порошка при распылении// Порошковая металлургия. — 1968 №12. - С. 1-4.

23. Справочник машиностроителя, т.2. М.: Машгиз, 1954. - С. 143.

24. Ничипоренко О.С. Формообразование частиц порошка при распылении расплава водой// Порошковая металлургия. 1976. - №9. - С.5-10.

25. Медведовский А.Б., Шрайбер А.А., Ничипоренко О.С., Найда Ю.И. О коагуляции капель расплава при распылении// Порошковая металлургия. -1975 №10. - С.1-6.

26. Гришин С.Д., Тишин А.П., Хайрутдинов Р.И. Известия АН СССР, МЖГ, 1969. №2. - С.11-15.

27. Тишин А.П., Хайрутдинов Р.И. Известия АН СССР, , МЖГ, 1971. №5 -С. 18-21.

28. Бабуха Г.Л., Старнин J1.E., Шрейбер А.А. Известия АН УССР, МЖГ, 1971. -№1. С.22-28.

29. Бабуха Г.Л., Шрейбер А.А. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках. Киев: «Наукова думка», 1972. - 151 с.

30. Ничипоренко О.С., Найда Ю.И., Медведовский А.Б. Распыленные металлические порошки. — Киев: «Наукова думка», 1980. 240 с.

31. Бондаренко Б.И., Курганский Н.П., Пекач В.Ф. Восстановительно-обезуглероживающий отжиг металлических порошков. Киев: Наукова думка, 1991.- С.23-48.

32. Грацианов Ю.А., Путимцев Б.Н., Силаев А.Ф. Металлические порошки из расплавов. -М.: Металлургия, 1970. 248 с.

33. Жорняк А.Ф., Оликер В.Е. Выбор отношения содержания кислорода и углерода в распыленном чугунном порошке при производстве железного порошка// Порошковая металлургия. 1983. - №8.

34. Силаев А.Ф. Получение порошков железа и стали из высокоуглеродистого расплава распылением воздухом// Порошковая металлургия. 1968. - №9. - С.10-13.

35. Пумпянская Т.А., Буланов В Л., Зырянов В.Г. Атлас структур порошковых материалов на основе железа. М.: Наука, 1986. - 261 с.

36. Федорченко И.М., Пугина Л.И., Филатова Н.А., Юрченко А.Г. Структура металлокерамических материалов на основе железа. М.: Металлургия, 1968. - 140 с.

37. Анциферов В.Н., Черепанова Т.Г. Структура спеченных сталей. М.: Металлургия, 1981. - 110 с.

38. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев: Наукова думка, 1980. - 403 с.

39. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. М.: Металлургия, 1991.-205 с.

40. Жорняк А.Ф. Металлические порошки. М.: Металлургия, 1981. —С. 1117.

41. Арсентьева И.П., Башнин Ю.А., Филатова Н.Л., Левин A.M., Семеник В.Н. Исследование влияния метода получения на исходную структуру и свойства восстановленных и распыленных железных порошков// Сталь. — 1990. №11. - С.87-92.

42. Кононов М.И., Турецкий Я.М. Получение восстановленного железного порошка с заданными характеристиками// Порошковая металлургия. — 1979. -№7. С.90-95.

43. Кононов М.И., Турецкий Я.М. Влияние формы и пористой структуры частиц железного порошка на его характеристики// Порошковая металлургия. 1981. - №8. - С.1-4.

44. Кононов М.И., Турецкий Я.М. Условия размола спеков (губки), полученных из железного порошка при восстановительном отжиге// Порошковая металлургия. 1979. - №6. - С. 17-21.

45. Кононов М.И., Турецкий Я.М. Получение распыленного воздухом железного порошка с заданными характеристиками// Порошковая металлургия. 1979. - №8. - С.8-12.

46. Порошки металлические. Методы определения кислорода. ГОСТ 27417-87. Изм. от 26.01.95 г.

47. Методы выявления и определения величины зерна. ГОСТ 5639-82.

48. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. ГОСТ 19440-74.

49. Порошки металлические. Метод ситового анализа. ГОСТ 18318-73.

50. Порошки металлические. Методы определения текучести. ГОСТ 2089975.

51. Металлургия порошковая. Методы определения уплотняемости и формуемости. ГОСТ 25280-82 (СТ СЭВ 2286-80).

52. Порошки металлические. Метод определения прочности прессовок. ГОСТ 25282-93 (ИСО 3995-85).

53. Боднарчук В.И., Рыжонков Д.И., Пронин Л.А., Огуенко В.Н. Об изгибающих моментах в окислах на поверхности частиц диспергированного железа// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1982. - №5.- С.77-81.

54. Боднарчук В.И., Рыжонков Д.И., Пронин JI.A. Разрушение оксидных пленок на поверхности дисперсного железа// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1981. - №9. - С. 13-17.

55. Петров А.К, Мирошниченко И.С., Парабин В.В. и др. Исследование кристаллизации металлических порошков, получаемых путем распыления жидкой фазы// Порошковая металлургия. 1973. - №1. - С. 16-20.

56. Петров А.К., Смирнова Е.Н., Кондратьев И .Я. и др. Влияние размера частиц на свойства распыленных порошков из быстрорежущей стали и заготовок из них// Порошковая металлургия. 1976. - №5. — С. 18-23.

57. Патент РФ № 2152443 С1 7 С 21 D 5/14. Способ термической обработки отливок из белого нелегированного чугуна/ Бунаков О.Д., Соколова Е.А.; Заявл. 16.11.1999; опубл. 10.07.2000.

58. Азот газообразный и жидкий. Технические условия ГОСТ 9293-74.

59. Шварцман JI.A., Жуховицкий А.А. Начала физической химии для металлургов. М.: Металлургия, 1974. - 352 с.

60. Аргон газообразный и жидкий. Технические условия ГОСТ 10157 — 79.

61. Патент РФ № 2179498 С1 7 В 22 F 1/00. Способ термической обработки железного порошка/ Бунаков О.Д., Соколова Е.А.; Заявл. 09.01.2001; опубл. 20.02.2002.

62. Бернштейн М.Л., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Отпуск стали. М.: МИСиС, 1997. - 336 с.