[ «Международный симпозиум ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ. НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СВАРКА 23-25 марта 2011 г. Минск, Беларусь Материалы докладов В 2 частях Часть 1 Минск • 2011 УДК 621.762(082) ББК34.39 П59 ...»
Национальная академия наук Беларуси
Государственное научно-производственное объединение
порошковой металлургии
Институт порошковой металлургии
European powder Metallurgy Association
European Welding Federation
Международный симпозиум
«ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ.
НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
СВАРКА»23-25 марта 2011 г.
Минск, Беларусь Материалы докладов В 2 частях Часть 1 Минск • 2011 УДК 621.762(082) ББК34.39 П59 Редакционная коллегия:
Первый заместитель Председателя Президиума НАН Беларуси, академик НАН Витязь П.А.
Беларуси, д.т.н., профессор, главный редактор Генеральный директор ГНПО порошковой металлургии, член-корреспондент Ильющенко А.Ф.
НАН Беларуси, д.т.н., профессор, заместитель главного редактора Директор ОХП ИСЗП, к.ф.-м.н. Андреев М.А.
Заместитель проректора по НИЧ БНТУ, д.т.н. Калиниченко А.С.
Заместитель генерального директора ГНПО порошковой металлургии, д.т.н., Петюшик Е.Е.
профессор Заместитель директора ОХП ИСЗП, к.т.н. Радченко А.И.
Зам. директора ГНУ ИПМ, к.т.н., доцент Савич В.В.
Гл.н.с. ОХП НИИ ИП с ОП, д.т.н. Смирнов В.Г.
Вед.н.с. ОХП ИСЗП, к.т.н. Шевцов А.И.
Заместитель академика-секретаря ОФТН НАН Беларуси, д.т.н., профессор Хейфец М.Л.
Инженерия поверхности. Новые порошковые композиционные материалы. Сварка. В 2 ч. Ч. 1. Матер.
междунар. симп., провод. в рамках 13-й междунар. выставки «Порошковая металлургия - 2011», 9-й междунар. выставки «Сварка и резка - 2011», междунар. спец. салона «Защита от коррозии. Покрытия - 2011», Минск. 22-25 марта 2011 г., Институт порошковой металлургии ГНПО ПМ НАН Беларуси, 2011 г.
В настоящий сборник включены доклады Международного симпозиума «Инженерия поверхности. Новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (23-25 марта 2011 г.). Симпозиум проводится в Минске каждые два года, начиная с 1999 г., в рамках международных выставок «Порошковая металлургия» и «Сварка». Данный симпозиум – уже 7-й. Все доклады прошли предварительное рецензирование и редактирование. Среди авторов – ведущие ученые и специалисты шести стран Беларуси, России, Украины, Латвии, Эстонии и Польши. В программный комитет, осуществлявший окончательный отбор докладов, вошли ведущие представители науки и экономики семи стран, известные своими работами в области тематики симпозиума.
_ Editorial Board:
First deputy President of Presidium, NAS of Belarus, academician for NAS, Vityaz P.A.
Belarus, doctor in engineering, Professor, chief editor General director of SRPPMA, associate member for NAS of Belarus, doctor in Ilyushchenko A.Ph.
engineering, Professor, deputy chief editor Director of SSU Institute of welding and protective coatings, PH.D in physics and Andreev M.A.
mathematics Deputy prorector of BNTU, doctor in engineering Kalinichenko A.S.
Deputy general Director of SRPPMA, doctor in engineering, Professor Petyushik E.E.
Deputy Director of SSU IWPC, Ph.D in engineering Radchenko A.A.
Deputy Director SSI PMI, Ph.D in engineering, associate professor Savich V.V.
Chief researcher for SSU Research Institute of impulse processes with pilot Smirnov V.G.
production, doctor in engineering Leading research worker SSU IWPC, Ph.D in engineering Shevtsov A.I.
Deputy academician and secretary for physical and engineering sciences Kheyfets M.L.
department, NAS of Belarus, doctor in engineering, Professor Surface engineering. New powder composition materials. Welding. There are 2 parts. Part 1. Materials of international symposium held within the framework of 13 international exhibition “Powder metallurgy - 2011”, 9th international exhibition “Welding and cutting-2011”, international specialized saloon “Corrosion protection.
Coatings-2011”, Minsk. March 22-25, 2011, Powder Metallurgy Institute of SRPPMA NAS, Belarus, The reports for International symposium “Surface engineering. New powder composition materials. Welding” (March 23-23, 2011) have been included into the current collection. The symposium is held in Minsk once every two years starting from 1999 within the framework of international exhibitions “Powder metallurgy” and “Welding”.
The given symposium is considered to be the 7th one. All reports have undergone preliminary reviewing and editing. The leading scientists and specialists from six countries- Belarus, Russia, the Ukraine, Latvia, Estonia and Poland are among the authors. The programme committee makes the final choice of reports. The leading representatives of science and economy from seven countries are included into it, they are famous for their works in the field of symposium topics.
Ответственность за точность предоставленных материалов и ошибки, а также за разглашение закрытой информации несут авторы © Институт порошковой металлургии, Международный программный комитет Директор ИПМ ЦНИИЧермет им. И.П.Бардина, Акименко В.
Москва, Россия Анциферов В.
Баглюк А.
Президент Латвийской ассоциации сварщиков, Boiko I.
Первый заместитель Председателя Президиума Витязь П.
Профессор кафедры МиТМ ЮРГТУ, Новочеркасск, Дорофеев В.
Первый проректор БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. УстиЗагашвили Ю.
Генеральный директор ГНПО порошковой металИльющенко А.
Президент НТА «Порошковая металлургия», Королев Ю.
Косторнов А.
Профессор БГТУ «Военмех» им. Д.Ф.Устинова, Кулик В.
Заведующий кафедрой ТКМ ДГТУ, Ростов-на-Дону, Кем А.Ю.
Президент Европейской ассоциации порошковой Cremer I.
Заместитель Министра промышленности РеспубМойсейчик А.
Mironovs V.
Нарва В.
Первый заместитель председателя государственНедилько В.
ного Комитета по науке и технологиям Республики Председатель Научного совета - директор исполОрлович В.
нительной дирекции БРФФИ, Минск, Беларусь Пантелеенко Ф.
Профессор Таллиннского университета прикладPihl T.
Директор Института сварки, Варшава, Польша Pilarchik J.
Роман О.
Профессор кафедры материаловедения, ПолитехFormanek B.
организационный комитет Ильющенко А.Ф. - заместитель председателя Яркович А.М. - ученый секретарь Андреев М.А.
Астапчик С.А.
Генеральный директор Выставочного общеБулавицкий В.В.
Гордиенко А.И.
Дорошкевич Е.А.
Капцевич В.М.
Клубович В.В.
Заместитель директора ИОНХ НАН БеларуКулак А.И.
Кухарев А.В.
Марукович Е.И.
Мышкин Н.К.
Петюшик Е.Е.
Радченко А.А.
Реут О.П.
Романюк Ф.А.
Савич В.В.
Свириденок А.И.
Смирнов В.Г.
Хейфец М.Л.
Федосюк В.М.
International programme committee Director of PMI, Central Research Institute of black Akimenko V metallurgy named after I.P. Bardin, Moscow, Russia Director of powder material science centre, Perm, Antsiferov V.
Baglyuk A.
President of Latvian association of welders, Riga, LatBoiko I.
First deputy President of Presidium of NAS of Belarus, Vityaz P.
Professor of chair “Material science and technology of Doroffev V.
materials”, Southern Russian state technical University, Novocherkassk, Russia The first prorector of Baltic state technical University Zagashvili Yu.
“Military and Mechanical” named after D.F. Ustinov, General Director of state research and production Ilyushchenko A.
powder metallurgy association, Minsk, Belarus President of science and engineering association Korolev Yu.
Kostornov A.
Professor of Baltic state technical University, “ Military Kulik V.
and mechanical” named after D.F. Ustinov, Saint Petersburg, Russia Head of chair Technology of structure materials of Don Kem A.Yu.
Cremer I.
Deputy Minister of Industry in the Republic of Belarus, Moyseychik A.
Professor of Rizhskiy technical University, Riga, Latvia Mironovs V.
Professor of Moscow state Institute of steel and alloys Narva V.
First deputy chairman of state Committee on science Nеdilko V.
and technologies of Republic of Belarus, Minsк, Belarus Chairman of Learned Board- director for executive Orlovich V.
management of Belarussian republican fund for basic Panteleenko F.
Professor of Talinn University for applied sciences, Pihl T.
Director for Institute of welding, Warsaw, Poland Pilarchik J.
Роман О.
Professor of material science chair, Polytechnika Formanek B.
National organization committee Ilyushchenko A.Ph. – deputy chairman Director of separate self-financing unity Institute Andreev M.A.
Astapchik S.A.
General director of Exhibition society “MinskexBulavitskiy V.V.
Gordienko A.I.
Doroshkevich E.A.
Kaptsevich V.M.
Klubovich V.V.
Deputy director of Institute for general and inorKulak A.I.
Kukharev A.V.
Marukovich E.I.
Myshkin N.K.
Petyushik E.E.
Radchenko A.A.
and technological Institute of welding and protective coatings, Minsk Director for qualification improvement and reReut O.P.
training of staff, Belarussian National Technical Romanyuk D.A.
Savich V.V.
Sviredenok A.I.
Chief researcher of Research institute for imSmirnov V.G.
Kheyvets M.L.
Phedosyuk V.M.
Director of Science and Practice material science Centre, NAS, Minsk
СОДЕРЖАНИЕ
Секция «Новые технологии получения и свойства порошковых композиционных материалов»Витязь П.А., Ильющенко А.Ф., Савич В.В. (Президиум НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь; Государственное научнопроизводственное объединение порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; Институт порошковой металлургии, г.Минск, Беларусь) Порошковая металлургия в мире и в Беларуси: 1990-2010. Состояние, проблемы, перспективы Азаров С.М., Петюшик Е.Е., Азарова Т.А., Ратько А.И., Ива- нец А.И., Шемченок С.В., Басаранович А.В., Евтухов К.С.
(Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь; Государственное научнопроизводственное объединение порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; Белорусский национальный технически университет, г. Минск, Беларусь) Реология высококонцентрированных дисперсных систем, предназначенных для формования радиальным прессованием трубчатых длинномерных заготовок на основе алюмосиликатов Акименко В.Б., Гуляев И.А., Калашникова О.Ю., Секачев М.А., Гаврилов В.А., Гаврилов С.А. (ФГУП «ЦНИИчермет им.
И.П.Бардина», г. Москва, Россия; ООО «ССМ-ТМ», г.Череповец, Россия) Железные и легированные порошки в России промышленные технологии и перспективные разработки Арбенин А.Ю., Мукконен И.Н., Земцова Е.Г., Смирнов В.М. (Санкт-Петербургский государственный университет, г.
Санкт-Петербург, Россия) Синтез магнитного дисперсного материала на основе нитевидных наночастиц железа в матрице мезопористого диоксида кремния Баглюк Г.А., Гончарук Д.А. (Институт проблем материало- ведения НАН Украины, г. Киев, Украина) Структурный и фазовый состав порошков карбидостали, полученных термическим реакционным синтезом Барай С.Г., Виолентий Д.Р. (Институт порошковой металлур- гии, г. Минск, Беларусь) Технологические принципы проектирования литниковой системы литьевых форм для процессов инжекционного формования керамики Батиенков Р. В., Дорофеев В. Ю., Еремеева Ж. В. (ЦНИИчер- мет им. И.П. Бардина, г.Москва, Россия; Южно-Российский государственный технический университет, г. Новочеркасск, Россия; НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия) Структура и свойства порошковой композиции Fe – P – С полученной горячей штамповковй присутствии жидкой фазы Витязь П.А., Ульянова Т.М., Шевченок А.А., Лученок А.Р., Титова Л.В., Медиченко С.В. (Президиум НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь; Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь; Институт порошковой металлургии, г.Минск, Беларусь) Влияние термобарического воздействия на структуру и свойства керамики из наноструктурных порошков тугоплавких оксидов Внуков А.А., Рослик И.Г., Чигиринец Е.Э. (Национальная ме- таллургическая академия Украины, г. Днепропетровск, Украина) Оптимизация факторов процесса электролиза с целью получения ультрадисперсного медного электролитического порошка Горохов В.М., Прохоров О.А., Тарусов И.Н. (Институт по- рошковой металлургии, г.Минск, Беларусь) Влияние температуры прессования и относительной плотности прессовок из порошков диффузионно-легированных сталей на разрушающее напряжение при различных видах испытаний Григорьева Т.Ф., Ильющенко А.Ф., Лецко А.И., Талако Т.Л., Кузнецова Т.А., Баринова А.П., Восмериков С.В., Цыбуля С.В., Ляхов Н.З. (Институт химии твёрдого тела и механохимии СО РАН, г. Новосибирск, Россия; Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск, Россия) Механохимически полученные нанокомпозиты во взаимодействующих металлических системах Cu/Ti и Cu/Zr Довыденков В.А., Мерзлякова О.С. (ООО «Наномет», г. Йошкар-Ола, Россия; Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола, Россия) Методика расчета вязкости формуемых композиций из связующего и полидисперсных порошков Докторов В.В., Ильющенко А.Ф., Мазюк В.В. (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь) Исследование усадочных и капиллярных свойств порошково-волокновых пористых капиллярных структур Докторов В.В., Мазюк В. В., Рак А.Л. (Институт порошко- вой металлургии, г. Минск, Беларусь) Исследование свойств неоднородных порошковых капиллярных структур тепловых труб Дорофеев В.Ю., Кочкарова Х.С. (Южно-Российский государ- ственный технический университет г. Новочеркасск, Россия) Термическая и термомеханическая обработка микролегированных алюминием углеродистых горячедеформированных порошковых сталей Дубкова В.И., Крутько Н.П., Минкевич Т.С., Комаревич В.Г., Кука- реко В.А. (Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь; Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь) Порошковые термопластичные композиции, высоконаполненные молибденсодержащими углеродными волокнами Ильющенко А.Ф., Петюшик Е.Е., Прохоров О.А., Дробыш А.А. (Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь порошковой металлургии, г.Минск, Беларусь; Институт порошковой металлургии, г.Минск, Беларусь; Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь) Особенности изготовления препрегов на основе углеродной нити с пропитками бакелитовой смолой и каменноугольным пеком Капцевич В.М., Кусин Р.А., Лисай Н.К., Корнеева В.К., Криваль- цевич Д.И., Закревский И.В., Чугаев П.С., Самкевич В.В. (Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск, Беларусь) Взаимосвязь структурных и гидродинамических свойств пористых волокновых материалов из медных отходов Кем А.Ю. (Донской государственный технический универси- тет, г. Ростов-на-Дону, Россия) Фрактальность поверхности и магнитные свойства порошкового «Fе-P» материала – аналога технического железа, полученного горячей объемной штамповкой пористой заготовки Кетов В.М., Внуков А.А., Демченко Е.И., Рослик И.Г. (Нацио- нальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск, Украина) Исследование влияния способа легирования медью на свойства порошковых шихт и характеристики спеченных материалов на основе железа Ковтун В.А., Рябченко Т.В. (Институт механики металлопо- лимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси, Гомель, Беларусь) Моделирование структуры и исследование напряженного состояния металлополимерного порошкового композита при пластическом деформировании Костиков В.И., Лопатин В.Ю., Чебрякова Е.В., Викулова Л.В., Алек- сеева М.Д. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия) Особенности механизма упрочнения металлических матриц наночастицами тугоплавких соединений Куда А.А., Иванченко Л.А. (Институт проблем материалове- дения им.И.Н.Францевича НАН Украины, г. Киев, Украина) Получение и сравнительное исследование композиционного материала на основе гидроксиапатита с микродобавками железа, меди, цинка и селена Кулик В.И., Кулик А.В. (ООО «Кераком», г. Санкт-Петербург, Россия; БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, г.СанктПетербург, Россия) Концепция описания эволюции пористых сред в многостадийных процессах их уплотнения углеграфитовыми и керамическими материалами Лопатин В.Ю., Чебрякова Е.В., Логинов П.А. (НИТУ «Москов- ский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия) Структура и эксплуатационные свойства спеченных материалов на основе полых стеклянных микросфер Лопатин В.Ю., Чебрякова Е.В., Давыдова А. А. (НИТУ «Мос- ковский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия) Модель уплотнения двухфазных порошковых материалов Нарва В.К., Маранц А.В., Сентюрина Ж.А. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия) Сравнение структурообразования и исследование свойств материалов TiC – сталь после спекания и лазерной наплавки Ощепков Д.А. (Hganas East Europe LLC, г.Санкт-Петербург, Россия) Новые экономнолегированные материалы Hganas для изготовления высоконагруженных изделий Пархомей А.Р., Иванченко Л.А. (Институт проблем матери- аловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины, г. Киев, Украина) Создание углеродсодержащего композиционного материала на основе биогенного гидроксиапатита и некоторые результаты его исследований Пилиневич Л.П., Тумилович М.В., Шеко Г.А. (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г.Минск, Беларусь; Белорусский национальный технический университет, г.Минск, Беларусь; Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь) Исследование и разработка технологии получения пористого алюминия Попович А.А., Ван Цинн Шен (Санкт-Петербургский государ- ственный политехнический университет, г. СанктПетербург, Россия) Механохимическая технология получения порошковых композиционных материалов на основе титаномагнетита для создания катодных материалов литий-ионных (полимерных) аккумуляторов Постнов В.Н., Шляхова Ю.Н., Мельникова Н.А., Мурин И.В. (Санкт- Петербургский государственный университет, г. СанктПетербург, Россия) Влияние химической природы поверхности аэросилогеля на протонную проводимость нафион-содержащих композитов Савчук П.П., Киселюк А.П. (Луцкий национальный техниче- ский университет, г. Луцк, Украина) К вопросу о создании эпоксидных композиционных материалов с комплексом управляемых свойств Фармаковский Б.В., Малышевский В.А., Кузнецов П.А. (ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», г. Санкт-Петербург, Россия) Технологические возможности научного наноцентра ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» для получения порошковых композиционных материалов и функциональных покрытий Шилько С.В., Панин С.В., Гавриленко С.Л., Петроковец Е.М. (Ин- ститут механики металлополимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси, г.Гомель, Беларусь; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия) Определение параметров контактного деформирования в условиях формирования, механических испытаний и эксплуатации полимерных композитов медицинского назначения с микро- и нанонаполнителями Шуменко В.Н., Левашов Е.А., Лопатин В.Ю., Клименко А.В., Шуменко В.В. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия; ГУП МГСТК, г.Москва, Россия) Теория А.В.Лыкова в порошковой металлургии. Определение области перехода от защемленной жидкости к защемленному воздуху Шуменко В.Н., Таук Тун Вин, Шуменко В.В. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия; ГУП МГСТК, г.Москва, Россия) Формование в жидкости Шуменко В.Н., Шуменко В.В. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия; ГУП МГСТК, г.Москва, Россия) Теория А.В.Лыкова в порошковой металлургии. Электрод с градиентным распределением эмиссионного вещества Секция «Применение порошковых композиционных Александров В.М., Бадыкин А.А., Колодкин В.Ф., Иневат- кин Ю.Л., Оксинь А. В. (Институт импульсных процессов с опытным производством, г. Минск, Беларусь; УУП Брестское котельное хозяйство, г. Брест, Беларусь; РУП Витебскэнерго, г. Витебск, Беларусь; ЗАО ППТ «Факел», г. Витебск, Беларусь) Фильтроэлементы из компактно-пористых материалов для систем химводоподготовки Багнычев С.А., Карпыза С.А., Лешок А.В. (ОАО «Амкодор», г.Минск, Беларусь; Молодечненский завод порошковой металлургии, г. Молодечно, Беларусь) Влияние количества металлокерамических фрикционных дисков в тормозном узле на эффективность торможения погрузчика «АМКОДОР»
Горохов В.М., Жостик Ю.В., Тарусов И.Н. (Институт порош- ковой металлургии, г Минск, Беларусь) Получение порошковых материалов на основе меди для производства ножевых электрических контактов применяемых в коммутирующих узлах железнодорожного транспорта Дмитрович А.А., Лешок А.В. (Институт порошковой метал- лургии, г. Минск, Беларусь; Молодечненский завод порошковой металлургии, г. Молодечно, Беларусь) Конструктивные особенности создания промежуточного подслоя фрикционного диска с использованием процесса пайки Дмитрович А.А., Лешок А.В. (Институт порошковой метал- лургии, г. Минск, Беларусь; Молодечненский завод порошковой металлургии, г. Молодечно, Беларусь) Новые металокерамические фрикционные материалы Дмитрович А.А., Сарока Д.И., Голод Е.В., Роговой А.Н. (Ин- ститут порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь) Исследование влияния объемного содержания керамической фазы на триботехнические характеристики фрикционного материала Дмитрович А.А., Сорока Д.И., Шаповалова О.А., Региня В.В., Лешок А.В. (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; ПО Белорусский автомобильный завод, г. Жодино, Беларусь; Молодечненский завод порошковой металлургии, г.
Молодечно, Беларусь) Результаты испытаний фрикционных дисков из различных материалов для гидромеханических передач самосвалов «БелАЗ»
Еремеева Ж.В., Слуковская К.Н., Зрякина Е.В., Костюхина Е.В. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г.
Москва, Россия; ГУП МГСТК, г.Москва, Россия) Влияние технологических параметров многокомпонентного диффузионного насыщения на структуру и свойства порошковых сталей Ильющенко А.Ф., Казаневская И.Н., Копытко А.В., Фомихина И.В., Чурик М.Н. (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь) Модифицирующие лигатуры алюминиевых сплавов Ильющенко А. Ф., Капцевич В. М., Кусин Р. А., Черняк И.Н., Лецко А. И., Жегздринь Д. И., (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; УО «Белорусский государственный аграрный технический Университет», г. Минск, Беларусь) Использование СВС для изготовления проницаемых порошковых изделий с градиентной структурой Капцевич В.М., Леонов А.Н., Корнеева В. К., Кривальцевич Д.И., Чугаев П.С. (Белорусский государственный аграрный технический Университет, г. Минск, Беларусь) Осаждение загрязнений в пористых средах при глубинном фильтровании Ковтун В.А., Плескачевский Ю.М. (Институт механики ме- таллополимерных систем им. В. А. Белого НАН Беларуси, г.
Гомель, Беларусь) Металлокерамические износостойкие порошковые покрытия, формируемые электроконтактным спеканием, для высокоскоростных фрикционных узлов трения Колмаков А.Г., Опарина И.Б., Жирнов А.А., Быков П.А., Сева- стьянов М.А. (Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН, г.Москва, Россия) Свойства термопласта с добавлением ZrO Кузнецов П.А, Васильева О.В. (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», г. Санкт-Петербург, Россия) Композиционные нанокристаллические материалы для защиты от магнитных полей Кулик В.И., Нилов А.С., Загашвили Ю.В. (ООО «Кераком», г. Санкт-Петербург, Россия; БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, г.Санкт-Петербург, Россия) Волокнисто-армированная карбидокремниевая керамика - производство, свойства, перспективы, коммерческое применение Лученок А.Р., Смирнов Г.В., Лученок А. А., Киршина Н.В., Горюнов А.В., Федулаева Л.В., Резчикова И.И. (Институт импульсных процессов с опытным производством, г. Минск, Беларусь; ООО «ЛАБ-3» Зеленоград, г.Москва, Россия) Особенности формирования структуры порошковых мишеней из резистивных сплавов при импульсном прессовании Марукович А.И., Сморыго О.Л., Леонов А.Н. (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск, Беларусь) Термостойкие высокопористые ячеистые керамические материалы для применения в различных температурных диапазонах Мухуров Н.И., Гасенкова И.В. (Институт физики НАН Беларуси, г.Минск, Беларусь) Нанопористый оксид алюминия как основа композитных материалов Нисс В.С., Голубцова Е.С. (Белорусский национальный техни- ческий университет, г. Минск, Беларусь) Микроструктурный анализ керамических материалов на основе нитрида кремния Пасовец В.Н., Ковтун В.А. (УО «Гомельский инженерный ин- ститут» МЧС Республики Беларусь, г. Гомель, Беларусь; Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, г. Гомель, Беларусь) Применение композитов на основе порошковых систем металл – наноструктуры углерода в узлах трения машин и механизмов Побережный С.В., Шелехина В.М. (Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь) Твердый сплав WC-Co, допированный оксидами Сыроежко Г.С., Пащук С.Е., Лешок А.В. (Молодечненский за- вод порошковой металлургии, г. Молодечно, Беларусь) Металлокерамические фрикционные диски в коробке передач тракторов «Кировец»
Турцевич А.С., Дудкин А.И., Керенцев А.Ф. (ОАО «ИНТЕ- ГРАЛ», г.Минск, Беларусь) Применение порошковых материалов при изготовлении металлокерамических корпусов для мощных полупроводниковых приборов Шуменко В.Н., Шуменко В.В. (НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г. Москва, Россия; ГУП МГСТК, г.Москва, Россия) Комбинированный твердосплавный зубок WC-Co + Ni Щербаченко Л.М., Шепелевич В.Г., Пинчук А.И. (Белорусский технический университет, г.Брест, Беларусь; Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь) Структура и свойства быстрозатвердевших фольг сплавов системы Sn – Bi
CONTENTS
Section «New production technologies and properties Vityaz P.A., Ilyushchenko A.Ph., Savich V.V. (Presidium of NAS of Belarus, Minsk, Belarus; State research and production powder metallurgy association, Minsk, Belarus; Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Powder metallurgy in the world and in Belarus:1990-2010. State, challenges, promising orientations Azarov S.M., Petyushik E.E., Azarova T.A., Ratko A.I., Ivanets., Shemchenok S.V., Basaranovich A.V., Evtyukhov K.S. (Institute of general and inorganic chemistry of NAS of Belarus, Minsk, Belarus; State research and production powder metallurgy association, Minsk, Belarus; Belarussian National Technical University, Minsk, Belarus) Reology of highly concentrated disperse systems intended for formed pipe lengthy blanks on the base of alumosilicates, the formation is by radial pressing Akimenko V.B., Gulyaev I.A., Kalashnikova O.Yu., Sekachev M.A., Gavrilov V.A., Gavrilov S.A. (Federal state unitary enterprise “Central Research Institute named after I.P. Bardin”, Moscow, Russia; Limited liability company “SSM-TM”, Cherepovets, Russia) Iron and alloyed powders in Russia – industrial technologies and promising orientations Arbenin A.Yu. Mukkonen I.N., Zemtsova E,G., Smirnov V.M. (Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia) Magnet disperse material synthesis on the base of filament like iron nanoparticles in mesoporous silicon dioxide matrix Baglyuk G.A., Goncharuk D.A. (The Institute for material science prob- lems of NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine) Structure and phase composition of steel carbides powders obtained by thermal reaction synthesis Baray S.G., Violentiy D.R. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Technology principles for designing casting system of casting dies for ceramic injection moulding processes Batienkov R.V., Dorofeev V.Yu., Eremeeva Zh.V. (Central Re- search Institute of black metals named after I.P. Bardin, Moscow, Russia; State education Institution of Higher prpfessional education “Southern and Russian Technical University, Novocherkask, Russia;
Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia) Structure and properties of Fe-P-C powder composition obtained by hot stamping in the liquid phase presence Vityaz P.A., Ulyanova T.M., Shevchenok A.A., Luchenok A.R., Titova L.V., Medichenko S.V. (Institute of general and inorganic chemistry of NAS of Belarus, Minsk, Belarus; Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) The influence of thermobaric effect on the structure and properties of ceramics from nanostructured fusible oxides powders Vnukov A.A., Roslik I.G., Chigirinets E.E. (National Metallurgic Academy of Ukraine, Dneprppetrovsk, Ukraine) The optimized electrolysis process factors for the aim of getting ultradisperse copper electrolyte powder Gorokhov V.M., Prokhorov O.A., Tarusov I.N. (Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus) The influence of compaction temperature and relative density of compactions from diffusion and alloyed steels powders on destructive tension in different types of tests Grigoreva T.F., Ilyushchenko A.Ph., Letsko A.I., Talako T.L., Kuznetsova T.A., Barinova A.P., Vosmerikov S.V., Tsybulya S.V., Lyakhov N.Z. (Institute of solid body chemistry and mechanochemistry of Siberian department of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia; Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus;
Institute of catalysis named after G.K. Boreskov of Siberian department of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia) The nanocomposites obtained mechanochemically in interacting metal systems Cu/Ti and Cu/Zr Dovydenkov V.A., Merzlyakova O.S. (Limited liability company “Nanomet”, Joshkar-Ola, Russia; State education Institution of higher professional education “Mariyskiy State technical University”, Jоshkar-Ola, Russia) Viscosity calculation methods of compositions being moulded from binder and polydisperse powders Doktorov V.V., Ilyushchenko A.Ph., Mazyuk V.V. (Powder Metal- lurgy Institute, Minsk, Belarus) Investigating shrinkage and capillary properties for powder and fiber porous capillary structures Doktorov V.V., Mazyuk V.V., Rak A.L. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Investigating properties of heterogeneous powder capillary structures in heat pipes Dorofeev V.Yu., Kochkarova Kh.S. (Southern and Russian State Technical University, Novocherkask, Russia) Thermal and thermomechanical processing for carbon hot deformation powder steels microalloyed by aluminium Dubkova V.I., Krutko N.P., Minkevich T.S., Komarevich V.G., Kukareko V.A. (Institute of general and inorganic chemistry of NAS of Belarus, Minsk, Belarus; Joint machine building Institute of NAS of Belarus, Minsk, Belarus) Powder thermoplastic compositions highly filled with molybdenum containing carbon fibers Ilyushchenko A.Ph., Petyushik E.E., Prokhorov O.A., Drobysh A.A. (SRPA PM, Minsk, Belarus, Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus, Belarussian National Technical University, Minsk, Belarus) The peculiarities for making prepregs on carbon filament base with impregnations by bakelite resin and stone coal peck Kaptsevich V.M., Kusin R.A., Lisay N.K., Korneeva V.K., Krivaltsevich D.I., Zakrevskiy I.V., Chugaev P.S., Samkevich V.V. (Belarussian state agriculture University, Minsk, Belarus) The interrelationship between structure and hydrodynamic properties of porous fiber materials from copper wastes Kem A.Yu. (Donskoy State Technical University, Rostov- on-Don, Russia) Surface fractality and magnet properties for powder “Fe-P” material which is the analogue of technical iron obtained by hot volumetric porous blank stamping Ketov V.M., Vnukov A.A., Demchenko E.I., Roslik I.G. (National metallurgy Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine) Investigating the influence produced by copper alloying method on properties of powder furnaces and specifications of sintered iron based materials Kovtun V.A., Ryabchenko T.V. (Institute for mechanics of metal and polymer systems named after V.A. Belogo of NAS of Belarus, Gomel, Belarus) Modelling the structure and investigation of tense state found in metal and polymer powder composite in plastic deformation Kostikov V.I., Lopatin V.Yu., Chebryakova E.V, Vikulova L.V., Alekseeva M.D. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia) The peculiarities of mechanism for strengthening metal matrices by nanoparticles of fusible compounds Kuda A.A., Ivanchenko L.A. (Institute of material science problems named after I.N. Frantsevich of NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine) The production and comparative investigation of composition hydroxyapatite base with microadditives of iron, copper, zinc, selenium Kulik V.I., Kulik A.V. (Limited liability company „ Kerakom”, Saint Petersburg, Russia, Baltic state technical University “VOENMEKH” named after D.F. Ustinov, Saint Petersburg, Russia) Evolution description concept for porous media in multistage processes for their densification by carbon and graphite and ceramic materials Lopatin V.Yu., Chebryakova E.V., Loginov P.A. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia) Structure and operation properties of sintered materials on the base of empty glass microspheres Lopatin V.Yu., Chebryakova E.V., Davydova A.A. (Moscow Insti- tute of steels and alloys, Moscow, Russia) Densification model for two phase powder materials Narva V.K., Marants A.V., Sentyurina Zh.A. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia) Structure formation comparison and investigation of properties of TiC- steel materials after sintering laser building up Oshchepkov D.A. (Hoganas East Europe LLC, Saint Petersburg, Russia) New sparingly alloyed Hoganas materials for the fabrication of highly loaded products Parkhomey A.R., Ivanchenko L.A. (Institute for material science problems named after I.N. Frantsevich of NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine) Creating carbon containing composition material on biogenic hydroxyapatite base and some investigation results Pilinevich L.P., Tumilovich M.V., Sheko G.A. (Belarussian state University of informatics and radioelectronics, Minsk, Belarus; Belarussian National Technical University, Minsk, Belarus; Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Investigation and technology development for getting porous aluminium Popovich A.A., Van Tsinn Shen (Saint Petersburg State Poly- technical University, Saint Petersburg, Russia) Mechanochemical technology for getting powder composition titan and magnetite base for creating cathode materials of lithium and ion ( polymer) accumulators Postnov V.N., Shlyakhova YU.N., Melnikova N.A., Murin I.V. (Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia) The influence of chemical aerosol surface nature on proton conductivity of nafion containing composites Savchuk P.L., Kiselyuk A.P. (Lutskiy National Technical University, Lutsk, Ukraine) On the question regarding the creation of epoxy composition materials with a set of properties being controlled Farmakovskiy B.V., Malyshevskit V.A., Kuznetsov P.A. (Federal state unitary enterprise of Central research Institute of structure materials “Prometey”, Saint Petersburg, Russia) Technology possibilities of scientific nanocentre Federal state unitary enterprise of Central research Institute of structure materials “ Prometey” for getting powder compositioin materials and functional coatings Shilko S.V., Panin S.V., Gavrilenko S.L., Petrokovets E.M. (Insti- tute of mechanics for metal and polymer systems named after V.A.
Belogo of NAS of Belarus, Gomel, Belarus; Institute of physics of strength and material science of Siberian department of Russian Academy of Sciences, Tomsk, Russia) The determination of parameters for contact deformation under conditions of formation, mechanic tests and operation of polymer medical intention composites with micro and nanofillers Shumenko V.N., Levashov E.A., Lopatin V.Yu., Klimenko A.V., Shumenko V.V. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia; State unitary enterprise Moscow state service for technical control, Moscow, Russia) The theory of Lykov in powder metallurgy.
The determination of transition field from pinched liquid to pinched air Shumenko V.N., Tauk Tun Vin, Shumenko V.V. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia; State unitary enterprise Moscow state service for technical control, Moscow, Russia) Liquid moulding Shumenko V.N., Shumenko V.V. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia, State unitary enterprise Moscow state service for technical control, Moscow, Russia) Theory of A.V. Lykov in powder metallurgy. Electrode with gradient distribution of emission substance Section «The application of powder composition materials in Inevatkin YU.L., Oksin A.V. (Institute of impact acceleration processes with pilot production, Minsk, Belarus; UUP Brest boiler farm, Brest, Belarus, Republican unitary enterprise “Vitebskenergo”, Vitebsk, Belarus, Closed joint stock company PPt “Torch”, Vitebsk, Belarus) Filter elements from compact and porous materials for chemistry water preparation systems Bagnychev S.A., Karpysa S.A., Leshok A.V. (Open joint stock company “Amkodor”, Minsk, Belarus; Molodechno powder metallurgy plant, Molodechno, Belarus) The influence of metal and ceramic friction disks’ quantity in brake assembly on braking efficiency of “AMKODOR” loader Gorokhov V.M., Zhostik Yu. V., Tarusov I.N. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) The obtaining of powder copper based materials for the production of knife electric contacts applied in commuting railway transport assemblies Dmitrovich A.A., Leshok A.V. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus; Molodechno powder metallurgy plant, Molodechno, Belarus) Designing peculiarities for creating intermediary friction disk sublayer using soldering process Dmitrovich A.A., Leshok A.V. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus; Molodechno powder metallurgy plant, Molodechno, Belarus) New metal and ceramic friction materials Dmitrovich A.A., Saroka D.I., Golod E. V., Rogovoy A.N. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Investigating the volume ceramic phase content influence on tribotechnical friction material specifications Dmitrovich A.A., Soroka D.I., Shapovalova O.A., Reginya V.V., Leshok A.V. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus, Belarussian automotive plant, Zhodino, Belarus; Molodechno powder metallurgy plant, Molodechno, Belarus) Results of tests on friction disks from different materials for hydromechanic transmissions of “BELAZ” dump trucks Eremeeva Zh.V., Slukovskaya K.N., Zryakina E.V., Kostyukhina E.V. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia; State unitary enterprise Moscow state service for technical control, Moscow, Russia) The influence of technology multicomponent diffusion saturation parameters on structure and properties of powder steels Ilyushchenko A.F., Kazanevskaya I.N., Koputko A.V., Fomikhina I.V., Churik M.N. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus) Modifying ligatures for aluminium alloys Ilyushchenko A.F., Kaptsevich V.M., Kusin R.A., Chernyak I.N., Letsko A.I., Zhegzdrin D.I. (Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus; Belarussian state agriculture technical university, Minsk, Belarus) The use of self-spreading high temperature synthesis for the manufacture of powder products with gradient structure Kaptsevich V.M., Leonov A.N., Korneeva V.K., Krivaltsevich D.I., Chugaev P.S. (Belarussian state agriculture technical University, Minsk, Belarus) Pollution sedimentation in porous media under depth filtration Kovtun V.A., Pleskachevskiy Yu.M. (Institute of mechanics for metal polymer systems named after V.A. Belogo of NAS of Belarus, Gomel, Belarus) Metal and ceramic wear resistant powder coatings formed by electrocontact sintering for high velocity friction assemblies Kolmakov A.G., Oparina I.B., Zhirnov A.A., Bykov P.A., Se- vastyanov M.A. (Institute of metallurgy and material science named after A.A. Baykov of RAS, Moscow, Russia) Thermoplast properties with ZRO Kuznetsov P.A., Vasileva O.V. (Federal state unitary enterprise of Central research Institute of structure materials “ Prometey”, Saint Petersburg, Russia) Composition nanocrystal materials for protection against magnet fields Kulik V.I., Nilov A.S., Zagashvili Yu.V. (Limited liability company “ Kerakom”, Saint Petersburg, Russia; Baltic state technical University “VOENMEKH” named after D.F. Ustinov, Saint Petersburg, Russia) Fiber and reinforced silicon carbide ceramics – production, properties, perspectives, commercial use Luchenok A.R., Smirnov G.V., Luchenok A.A., Kirshina N.V., Goryunov A.V., Fedulaeva L.V., Rezchikova I.I. (Institute of impact acceleration processes with pilot production, Minsk, Belarus; LLC “ Lab-3”, Zelenograd, Moscow, Russia) The peculiarities for the structure formation of powder targets from resistive alloys in impulse pressing Marukovich A.I., Smorygo O.L., Leonov A.N. (Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus; Belarussian state agriculture technical University, Minsk, Belarus) Heat resistant highly porous cellular ceramic materials which are suitable for use within different temperature ranges Mukhurov N.I., Gasenkova I.V. (Institute of physics of NAS of Bela- rus, Minsk, Belarus) Nanoporous aluminium oxide as a base for composite materials Niss V.S., Golubtsova E.S. (Belarussian National Technical Uni- versity, Minsk, Belarus) Microstructure analysis of ceramic materials on silicon nitride base Pasovets V.N., Kovtun V.A. (Gomel engineering Institute of Minis- try of emergency situations of Republic of Belarus, Gomel, Belarus;
Institute of mechanics of metal and polymer systems named after V.A. Belogo of NAS of Belarus, Gomel, Belarus) The use of composites on the base of metal-carbon nanostructures powder systems in friction assembles of vehicles and mechanisms Poberezny S.V., Shelekhina V.M (Powder metallurgy Institute, Minsk, Belarus) WC-Co hard alloy doped with oxides Syroezhko G.S., Pashchuk S.E., Leshok A.V. (Molodechno pow- der metallurgy plant, Molodechno, Belarus) Metal ceramic friction disks in gearboxes of “Kirovets” tractor Turtsevich A.S., Dudkin A.I., Kerentsev A.Ph. (JSC ”INTEGRAL”, Minsk, Belarus) The use of powder materials in fabricating bodies for powerful semiconducting devices Shumenko V.N., Shumenko V.V. (Moscow Institute of steels and alloys, Moscow, Russia; State unitary enterprise Moscow state service for technical control, Moscow, Russia) Combined hard alloy WC-Co+Ni tooth Shtcherbachenko L.M., Shepelevich V.G., Pinchuk A.I. (Belarus Technical University, Brest, Belarus, Belarus State University, Minsk, Belarus) Structure and properties of fast-hardening foil-alloys of Sn-Bi system
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И
СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ В МИРЕ И В
БЕЛАРУСИ: 1990-2010. СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ,ПЕРСПЕКТИВЫ
ВИТЯЗЬ П.А. 1, ИЛЬЮЩЕНКО А.Ф. 2, САВИЧ В.В. Президиум НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь Институт порошковой металлургии, г. Минск, Беларусь В работах [1-9], на основании обзора зарубежной литературы, собственных наблюдений, сделан анализ состояния порошковой металлургии как отрасли современного наукоемкого высокотехнологичного производства, оценены основные тенденции, особенности и перспективы ее развития, уровень исследований, разработок и производств порошковой металлургии. Некоторые наши новые выводы и рекомендации приведены ниже.Эволюция производств порошковой металлургии в 1991годах. На рисунке 1 представлено по данным работы [10], а также по данным Европейской ассоциации порошковой металлургии (далее – ЕРМА) изменение мировых объемов продаж железных порошков за последнее время.
Рис.1. Динамика мирового объема продаж порошков железа и низколегированных сталей в 1991-2010 г.г. по данным европейской и японской ассоциаций порошковой металлургии, федерации промышленности порошковой Динамика продаж порошков железа и сталей, представленная на рис. 1, имеет одну особенность: мировой экономический кризис 1998 года, о котором уже мало кто помнит, практически не отразился на объеме продаж наиболее массовых порошков, главным потребителем которых в развитых странах Европы, Америки, а теперь и Азии является автомобильная промышленность. По нашему мнению это связано с бурным ростом в период 1996-2000 годов производства легкового автотранспорта в Азии – Корее, Китае, Тайване, Индии, а также в Южной Америке. Кроме того, в это же время и производство порошковых конструкционных изделий начинает перемещаться в эти регионы. Тем не менее, уже с 2007 года наблюдается падение объема продаж железных порошков, продолжавшееся по 2009 год включительно, что может быть связано с опережающим ростом производства дешевой конструкционной стали в упомянутых регионах.
Представляет интерес рассмотреть более подробно изменение за последние 8 лет объемов продаж порошков, который однозначно коррелирует с объемом выпуска изделий из них, в традиционных регионах – Европе, Японии и Северной Америке.
На рисунках 2-4 приведены региональные данные, представленные на Генеральной ассамблее ЕРМА в ноябре 2010 года в Брюсселе. На рисунке 5 – сводные данные, причем в столбец «остальные» включены СНГ, Китай, Индия, Юго-восточная Азия, Южная Америка.
Рис.2. Динамика объема продаж порошков железа и меди в 2003-2009 г.г.
Рис.3. Динамика объема продаж порошков железа и меди в 2003-2009 г.г.
Рис.4. Динамика объема продаж порошков железа и меди в 2003-2009 г.г.
Рис.5. Динамика объема продаж порошков железа в 2003-2009 г.г. в мире с учетом СНГ, Китая, Индии, Юго-восточной Азии, Южной Америки Анализ, данных, приведенных на рисунках 2-5, позволяет сделать следующие выводы: и в Европе, и в Японии – 2007 год – год максимума продаж порошков. В то же время в Северной Америке с 2004 года наблюдается устойчивое падение объемов продаж порошков, к 2009 году уменьшившееся практически в раза по сравнению с 2004 годом. Наиболее резкое падение в 2008-2009 г.г. наблюдалось в Японии – со 135 до 85 тысяч тонн.
В то же время т.н. «остальные» страны в этот период в совокупности сохраняли устойчивый объем продаж порошков железа – на уровне 180-200 тысяч тонн. Этот вывод дополнительно иллюстрирует рисунок 6 [PM2010, Florence, Italy].
Рис.6. Производство изделий порошковой металлургии (в тыс. т) в Азии за период 1999-2009 годов [Yoshiyasu Iino, PM2010, Florence, Italy] Как видно из рисунка 6, уже с 2007 года началось резкое падение объемов производство изделий порошковой металлургии в Японии, обострившееся в 2008 году и не восстановившееся даже в 2010. При этом и Китай (с 2001 года), и Индия (с 2005 года) демонстрировали устойчивый рост объемов производства порошковых изделий, а Корея в 2005-2009 году, не смотря на экономические потрясения, сохранила стабильным годовой объем производства на уровне 43-50 тыс. тонн.
Во многом объясняет эту динамику ее соотношение с производством автомобилей в Азии (таблица 1).
Почти 50%-ный рост производства автомобилей в Китае и почти 13%-ный рост производства в Индии в 2009 году по сравнению с 2008, в котором, не смотря на начавшийся кризис, объем производства также вырос по сравнению с предыдущим, годом, хотя и не такими темпами. При этом в Японии производство автомобилей упало за год почти на треть – на 31,5%. Сохранение и даже незначительный рост (1,7%) производства порошковой металлургии в Корее при заметном (8,2%) падении производства автомобилей мы объясняем диверсификацией и освоением в этот период производства изделий для других потребителей – телекоммуникационного оборудования, бытовой техники, изделий информатики и электроники. В 2010 году падение производства порошковой металлургии в Японии продолжилось, хотя и не так резко, как в 2009 году. При этом и в Китае, и в Индии и в Корее объемы производства порошковой металлургии устойчиво растут.
На всемирном конгрессе порошковой металлургии [PM2010, Florence, Italy] было отмечено, что за первые 8 месяцев 2010 года в Северной Америке зафиксирован рост продаж железных порошков до 218 тысяч тонн, что на 62% больше, чем за аналогичный период 2009 года. Рост продаж порошков меди за 6 месяцев 2010 года вырос до 7182 тонны, что на 38% больше, чем в 2009 году. Безусловно такой оздоравливающий эффект связан с ростом продаж легковых автомобилей в Северной Америке, который обусловлен мощной прямой и косвенной поддержкой автомобильной промышленности правительством США. Аналогичные меры, предпринятые в ЕС, также привели к росту объемов производства порошковой металлургии в Европе. Так минимум был достигнут за этот период в 1 квартале 2009 года, а со второго по настоящее время наблюдается устойчивый рост.
Экономические и ресурсные факторы, влияющие на производства порошковой металлургии в мире. Продукция порошковой металлургии – как правило, комплектующие (отдельные узлы, детали), заготовки и полуфабрикаты, поставляемые несколькими производителями на сборочные производства.
Поэтому все проблемы, связанные с мировым экономическим кризисом, колебаниями объемов производств у потребителей – машино- и приборостроителей, неизбежно отражаются на их поставщиках.
Использование железа человеком началось около 3000 лет до н.э. с изобретением метода прямого восстановления железной руды углеродом [11]. Таким же методом современные производители производят по всему миру 250-300 тыс. т порошков железа ежегодно. При этом в качестве сырья используется не только железная руда, но и прокатная окалина, шлам и другие отходы производства. Другой метод массового получения порошков железа – распыление расплава чугуна (стали) водой или сжатым воздухом позволяет использовать в значительных объемах лом, литейный брак, некондиционный чугун основного металлургического производства.
Основные операции технологии порошковой металлургии – формование из порошка заготовки с приложением давления (или без него) в специальной форме, размеры которой максимально приближены к размерам готовой детали, термическая обработка (спекание), а при необходимости – дополнительная обработка (калибровка, термическая или химико-термическая обработка, механическая обработка посадочных либо дополнительных поверхностей). При этом спекание ведется при температурах ниже температуры плавления основного компонента исходной шихты. Таким образом, порошковая металлургия - наиболее экономичный метод изготовления изделий: отходы материалов здесь самые низкие по сравнению с традиционными технологиями (литьем, механической обработкой, холодной и горячей обработкой давлением) за счет получения изделий с размерами, близкими к окончательным; минимальным количеством операций.
Другая особенность порошковой металлургии – возможность производства материалов и изделия, которые невозможно получить традиционными металлургическими методами. Это тугоплавкие материалы и твердые сплавы, композиционные многокомпонентные материалы триботехнического (подшипники скольжения, фрикционные диски и накладки), электротехнического (щетки электрических машин, эрозионно-стойкие контакты, магнитомягкие и магнитотвердые изделия) назначения, пористые материалы и изделия из них (фильтры, катализаторы, диспергаторы, глушители шума и т.п.).
По нашему мнению, вторая особенность порошковой металлургии в странах Европы и Америки используется недостаточно, хотя именно за этим направлением - будущее и стратегические перспективы: композиционные многокомпонентные функциональные материалы, в том числе содержащие наноразмерные и наноструктурные компоненты, производимые в промышленных объемах, можно создавать только традиционными и новыми методами порошковой металлургии и родственных технологий.
На рисунке 7 представлена структура рынка порошковых деталей в Европе в 2009 году по данным ЕРМА [PM2010, Florence, Italy].
Рис.7. Структура рынка порошковых деталей в Европе в 2009 году [Ingo Cremer, Как видно из рис.7, машиностроительные детали (шестерни, кольца, подшипники скольжения, тормозные колодки и диски сцеплений и муфт, композиционные контакты и т.п.) составляют 85% европейского рынка. Такая довольно специфическая структура рынка порошковых деталей характерна не только для Европы, но и для регионов Японии, Северной Америки. Доля машиностроительных деталей за последние годы в общем объеме мирового производства порошковой металлургии всегда составляла наиболее значимую ее часть и превышала 50%.
В период 2005-2010 года соотношение евро/доллар колебалось в диапазоне от 1,2 до 1,6, что вызывало комплекс финансово-технических проблем.
Во-первых, рост курса евро экономически снижает конкурентоспособность европейских производителей продукции порошковой металлургии не только и не столько перед североамериканскими, но и в первую очередь, перед азиатскими. Это подтверждают приведенные выше данные (рис. 2, 5, 6): высокий курс евро в 2008 году привел к резкому падению объемов европейских продаж порошков железа и меди, в Китае и в Индии в это время отмечается устойчивый рост производства изделий порошковой металлургии, а в Корее и на Тайване – более-менее стабильный объем производства. При этом в Северной Америке в 2004 году был достигнут максимум, а уже с 2005 года производство порошковых изделий неуклонно падает (рис. 3). В то же время в Европе – объемы производства порошковых изделий с 2005 по 2007 год растут, что, не в последнюю очередь связано с невысоким курсом евро в этот период.
Во-вторых, высокий курс евро понижает конкурентоспособность всех европейских производителей машиностроительной и электротехнической продукции, ориентированной, главным образом (автомобилестроение, приборостроение, производство бытовой техники, стрелкового и охотничьего оружия и др.) или значимой частью (производство подвижного железнодорожного состава, авиа- и судостроение и др.) на экспорт. Аналогичное негативное влияние высокий курс евро оказывает на европейских производителей оборудования и оснастки порошковой металлургии – прессового, печного, формующего инструмента, а также на производителей и поставщиков порошков и порошковых смесей, большая часть которых потребляется за пределами Европы.
Единственный положительный момент, который мог бы быть от роста курса евро, - повышение доступности сырьевых ресурсов для производства порошков в Европе, стоимость которых определяется, как правило, в долларах США, не только железной руды и стального лома, но и основных легирующих компонентов порошковых сталей – меди, никеля, молибдена, что могло бы снизить стоимость готовых порошков и себестоимость изделий из них. Однако такой эффект – кажущийся.
Анализ динамики изменения цены на вышеуказанные сырьевые ресурсы по данным источника www.infomine.com показал, что она росла все последние годы. Так только с ноября 2009 по октябрь 2010 года стоимость стального лома выросла с 240 до долларов за тонну, возросла за этот период, более чем в 2 раза, стоимость железной руды. За прошедшие 6-7 лет стоимость меди выросла с 1 до 4 долларов за фунт (около 9 долларов за кг) – в раза! Стоимость же медного порошка достигла в Роттердаме долларов за кг и даже в России на 01.02.2011 стоимость порошка меди превысила 10,0 доллара за кг, хотя еще в январе 2010 года находилась на уровне 7-8 долларов за кг.
Стоимость молибдена за 10 лет хоть и выросла в 5 раз – с до 15 долларов за фунт, но это все-таки в 3 раза ниже максимума в 45 долларов в 2005 году. Аналогично и цена на никель, пройдя максимум в 24 доллара за фунт в 2007 году вернулась на уровень 8-10 долларов в 2010 году. Цена на хром, пройдя в 1-м полугодии 2008 года максимум в 6,3 доллара за фунт, уже к ноябрю упала до 2 долларов и с этого времени остается стабильной на уровне 2-3 доллара за фунт. Таким образом, эти металлы весьма привлекательны для использования при легировании порошковых сталей.
Значимую долю, помимо интегральной стоимости компонентов шихты, в себестоимости продукции порошковой металлургии составляет электроэнергия. Она расходуется не только при работе печей спекания (нагрев и перемещение прессовок, вывод на рабочий режим и охлаждение печей без прессовок), но и газоприготовительного оборудования, прессов, смесителей и т.п.
Поэтому роль тарифов на промышленную электроэнергию, ее рациональное эффективное использование – важный фактор конкурентоспособности производителей порошковой металлургии в разных странах не только друг с другом, но и с традиционными металлообрабатывающими производствами.
В таблице 2 по данным интернет-источников [12, 13] представлены средние по странам тариф на электроэнергию для промышленных предприятий. Как видно из табл.2, среди стран СНГ наиболее высокие тарифы в Беларуси – в 3 раза выше, чем в России, на Украине и в Казахстане, выше, даже чем в США, Корее, Франции, Швейцарии и Польше, что не может создавать равные условия производителям порошковых изделий в них. В последние годы наблюдался рост тарифов на электроэнергию практически во всех странах мира, что во многом связано с ростом цен на энергоносители, используемые в производстве электроэнергии (за исключением гидроэлектростанций и, отчасти, АЭС).
Тарифы на промышленную электроэнергию в промышленно развитых Главной проблемой производства стальных деталей методами порошковой металлургии, помимо роста тарифов на электроэнергию, является рост цен на лом и руду, на легирующие компоненты, неминуемо ведущие к подорожанию порошкового сырья, при одновременном замораживании цен на продукцию традиционной металлургии за счет переноса ее основного производства в страны Юго-Восточной Азии, Индию, Китай. Тем самым, резко снижается экономическая эффективность и ресурсосберегающий эффект перевода технологии изготовления продукции на методы порошковой металлургии по сравнению с традиционными машиностроительными формообразующими технологиями – заготовительными (литьем, обработкой давлением) и финишными (всем видами механической обработки). В первую очередь эта проблема касается конструкционных деталей, для которых чрезвычайно важно получить за минимум технологических переходов точную форму с требуемым уровнем механических свойств – как в объеме, так и в зонах наибольшего нагружения, возможного износа.
Вторая, не менее значимая проблема – связана с рынком, с потребителем. Основной рынок порошковой металлургии железа и стали – Северная Америка. На этом рынке не менее 75 % порошковых деталей востребованы в автомобильной промышленности. В 2005 году в легковом американском автомобиле в среднем было 17,4 кг порошковых деталей, в том числе в двигателе – 9,8 кг, в трансмиссии – 5,1 кг, в тормозных системах – 1,1 кг (Hans Soderhjelm, Hgans AB). Проведенный специалистами фирмы Hgans AB анализ показал, что потенциал использования данной продукции в автомобиле может составить 38,5 кг, в том числе в двигателе – 16,0 кг, в трансмиссии – 16,4 кг, в тормозных системах – 3,0 кг. Таким образом, суммарный прирост потребления порошковых изделий в автомобиле может быть выражен цифрой в 21,1 кг.
При этом основной резерв – детали трансмиссии, в первую очередь, зубчатые передачи. Однако в них необходимо обеспечивать соответствующий уровень механических и иных свойств изделий, сопоставимый с уровнем свойств изделий, полученных мехобработкой проката и поковок, приемлемые технико-экономические производственные показатели.
По нашему мнению, далеко не в полной мере используется потенциал возможностей получения методами порошковой металлургии композиционных материалов – триботехнических, электротехнических, биоактивных и иных. Он является важным резервом роста объемов мирового производства порошковой металлургии в целом.
Экономические и ресурсные проблемы порошковой металлургии в Беларуси. Республика Беларусь, являясь импортером сырьевых ресурсов и экспортером значимой доли готовой продукции, неизбежно испытывает на всех своих производствах, включая производство изделий порошковой металлургии, все вышеуказанные ценовые и тарифные колебания. На рисунке представлены изменения за 2008-2010 цен в Беларуси на основные порошки. Цены приведены в тысячах белорусских рублей за тонну с НДС, таможенными и транспортными расходами.
Цены на порошки, тыс. руб. РБ Рис.8. Изменение цен (в тыс. руб. РБ за 1 т) в Беларуси на основные порошки, используемые в производстве порошковых изделий Для перевода данных цен в другие валюты можно воспользоваться данными сайта www.finance.tut.by/arhiv/. Как видно из рис.8, только на медный порошок с апреля 2009 по декабрь года цена выросла в 2 раза. Более чем на треть выросла за год цена на распыленный водой порошок железа марки ПЖР3.228, приобретаемый, в основном, на КЗПМ (Бровары, Украина) и практически приблизилась к основным зарубежным аналогам – порошкам марки AHC100.29 фирмы Hoeganaes (Швеция). C сентября по декабрь 2010 года практически в 2 раза выросла цена графита марки ГК-1.
Увеличились в Беларуси за 3 года более чем в 2 раза тарифы на электроэнергию (рис.9).
Таким образом, рост себестоимости порошковой продукции в Беларуси за счет роста тарифов на электроэнергию, роста цены основных и вспомогательных компонентов порошковой шихты неминуемо ведет к падению конкурентоспособности без принятия производителями радикальных мер по энергосбережению, снижению расхода дорогостоящих компонентов шихты без снижения эксплуатационных характеристик конечной продукции, что является важной научной и практической задачей.
В этих сложных условиях в Беларуси в 2007 году был достигнут максимум производства продукции порошковой металлургии всеми производителями как в натуральном, так и в стоимостном выражении, а в 2009 году - минимум (рис.10).
Рис.9. Изменение тарифов на промышленную электроэнергию (в руб. РБ за Рис.10. Изменение объемов выпуска продукции порошковой металлургии В 2010 году в Беларуси возобновился рост объемов выпуска порошковой продукции в натуральном и, особенно, в стоимостном выражении, что связано не столько с подъемом цен на данную продукцию, сколько с изменением структуры выпуска в сторону более сложной продукции с повышенным комплексом физико-механических свойств.
Повышение свойств и эксплуатационных характеристик порошковых материалов на основе железа. На рисунке [10] приведен график, иллюстрирующий, как изменялась прочность порошковых деталей на основе железа по мере развития прикладных исследований в области порошковой металлургии.
Как хорошо видно из рис.11, к началу ХХI века механические свойства порошковых сталей достигли уровня свойств стального проката, что открывает перспективы к замене в массовом производстве деталей, полученных механической обработкой сортового проката, отливок, поковок на детали (или, по меньшей мере, заготовки высокой степени готовности), полученные современными методами порошковой металлургии из новых материалов.
Прочность на растяжение, МПа Рис. 11. Изменение прочности деталей на основе порошка железа, получаемых однократным прессованием и спеканием [10] Среди традиционных технологий, позволяющих повысить физико-механические свойства порошковых деталей, следует выделить [10, 11, 14-19]: доуплотнение спеченных заготовок; холодная и горячая штамповка спеченных заготовок; инфильтрация пористых прессовок расплавами легкоплавких металлов. В последнее время появились новые технологии, обеспечивающие одновременно как повышение сложности формы порошковой детали, так и ее физико-механических свойств – теплое прессование пластифицированных порошков, инжекционное формование, которое, как правило, используется при формовании небольших тонкостенных деталей [10, 18, 19].
Важным технологическим приемом повышения плотности и прочности порошковых деталей на основе железа является рациональное легирование шихты [1, 2, 8-10], совершенствование смазок и пластификаторов в ее составе. Только за счет изменения состава и количества легирующих компонентов, способа их введения (механическая смесь или диффузионное связывание), применения эффективных смазок при их уменьшенном содержании в смеси и т.п. фирме Hgans AB (Швеция) удалось за лет существенно повысить плотность, а, следовательно, и прочность деталей из таких смесей (легированных порошков), не изменяя радикально технологию их изготовления.
Разработки в области порошковых материалов на основе железа в последние годы велись в двух направлениях: улучшение прессуемости материалов и совершенствование технологий легирования [1, 2, 8-10]. На первом этапе использование при прессовании порошков губчатого железа в неотожженном состоянии позволяло получить плотность спеченных деталей не выше 6,0 г/см3. Улучшение прессуемости этих порошков методами сепарации и отжига позволило получить плотность 6,9 г/cм3. Первые распыленные порошки железа имели прессуемость на уровне губчатых. Дальнейшие разработки в области технологий получения распыленных порошков, повышение их чистоты и прессуемости, привели к увеличению их доли в общем потреблении порошков железа до 70%, на долю восстановленных осталось 30%. Применение эффективных смазок типа Kenolube и теплого прессования позволяет получить плотность спеченных изделий на уровне 7,2-7,4 г/см3. Дальнейшее повышение плотности в процессе однократного прессования-спекания из-за большого количества вводимой в металл смазки возможно путем применения технологии смазки формообразующего инструмента. Работы в этом направлении проводятся ведущими мировыми производителями.
На первом этапе материалы для получения порошковых сталей представляли собой обычные смеси на основе порошка железа. При температурах спекания около 1150 °С и введения добавок меди до 2% повышалась размерная точность. Введение в смеси никеля и повышение температуры спекания до 1300 °С позволяет повысить прочность спеченных материалов. Дальнейшие разработки в области легирования привели к созданию в середине 70-х годов диффузионно-легированных (или частично легированных) порошков [9, 10, 19]. Технология их получения использует невысокие температуры диффузионного процесса для закрепления легирующих добавок (в основном никеля, молибдена и меди) на частицах железа. В сочетании с точной воспроизводимостью химического состава в больших объемах шихты технология обеспечивает и высокую уплотняемость этих порошков. Однако такие добавки как графит и пластификатор не могут быть присоединены к частицам железа диффузионным методом, в технологическом процессе при заполнении матрицы порошком или при транспортировке они могут сегрегировать и пылить. Проблема устранения этого недостатка была решена созданием связанных смесей, готовых для прессования (bonded pre-mix), в которых эти добавки закрепляются на частицах железа специально вводимым в шихту связующим компонентом. Однако это повышает общее содержание вводимой смазки (отдельно смазка для прессования и связующее для закрепления легких компонентов), что мешает достигать теоретическую плотность при прессовании. Следующее поколение готовых для прессования смесей, в которых органические добавки выполняют обе функции одновременно без заметного увеличения их содержания в смеси, не имеет данного недостатка. Расширяющийся объем производства готовых для прессования связанных смесей на основе железа стал серьезным конкурентом для диффузионно-легированных порошков на всех мировых рынках.
Методом распыления можно получать полностью легированные порошки на основе железа, но их прессуемость несколько хуже.
Поэтому они используются, в основном, для последующей горячей штамповки порошковых заготовок (исключение составляют порошковые седла клапанов, получаемые методом однократного прессования-спекания).
Новые марки порошков легированных сталей и пластификаторов. Производители сырья и готовой продукции порошковой металлургии на протяжении последних 40-50 лет работали как над созданием новых марок порошков, составов готовых смесей, так и над разработкой эффективных методов их консолидации для достижения высоких технико-экономических показателей изделий и технологий их получения, что позволило им уже к рубежу ХХ – XXI веков достигнуть для изделий общемашиностроительного назначения уровня свойств конструкционных сталей – предел прочности при растяжении – 1200-1400 МПа [8].
Однако до середины 90-х годов ХХ века достигалось это, всетаки, в основном за счет серьезного усложнения и удорожания технологии - значительного количества переходов (двукратного прессования и спекания, горячей штамповки, многостадийной ХТО обработки спеченных прессовок и т.п.). В то же время фирма Hgans AB совершенствовала составы готовых смесей, содержащих все необходимые компоненты, включая смазки, что позволило достигать за счет однократного прессования и спекания все более высоких технико-экономических показателей производства порошковых изделий.
Важным этапом порошковой металлургии в середине 90-х годов ХХ века стала совместная разработка фирмами Hgans AB и DORST (Германия) пластифицированной смеси и специального прессового оборудования с подогреваемыми бункером, питателем, матрицей и пуансонами для теплого (140-160 °С) прессования, внедрение, пусть и не такое широкое, как ожидалось, этого процесса в производство в разных странах мира, в том числе и в Беларуси [1, 2, 4-9, 18].
Сущность процесса теплого прессования состоит в использовании в готовой смеси запатентованных пластификаторов, легко удаляемых либо растворяемых в металле в процессе спекания, которые одновременно служат жидкой смазкой, уменьшающей трение между частицами порошка друг с другом и со стенками прессформы. Данный процесс позволяет выровнять плотность образцов сложной формы по объему, повысить прочность сырой прессовки и спеченной детали по сравнению с традиционной технологией. Использование процесса теплого прессования позволяет достичь на стадии формования изделий из легированных порошков значений плотности спеченных образцов 7,4-7,6 г/см3 и сырой прочности прессовок в 2 раза превышающую прочность прессовок, полученных по традиционной технологии (однократное прессование порошка при комнатных температурах и спекание обеспечивает плотность максимум 7,0-7,2 г/см3). По такой технологии изготавливается рядом производителей конструкционные детали высокой сложности и прочности для легковых и грузовых автомобилей, в т.ч. кольца синхронизатора коробки передач, шестерни, шатуны, корпуса коренных подшипников коленвалов, шкивы ременных передач двигателей внутреннего сгорания, детали масляных и водяных насосов и т.д.
Видя, что, не смотря на ощутимый прирост свойств прессовок и спеченных изделий, полученных по технологии теплого прессования, она не заняла ожидаемого места на рынке, фирма Hgans AB разработала вариант технологии, которую условно можно назвать «квазитеплым прессованием». В этом случае в составе смеси используются другие пластификаторы, например Kenolub, температура прессования составляет уже в 2 раза ниже – около 60 °C, причем в этом случае подогревается лишь матрица. Бункер с шихтой и питатель остаются при температуре производственного помещения, а пуансоны – разогреваются от матрицы и порошковой шихты в процессе прессования. Фирмой Hgans AB разработана новая марка не содержащего цинк пластификатора X-Lube E, который, при нагреве только матрицы до температуры 60 °С обеспечивает плотность деталей после однократного прессования и спекания не ниже 7,3 г/см3. Отсутствие цинка обеспечивает повышение ресурса работы печей и качества спекания. Новый пластификатор, особенно в случае подогрева матрицы, способен не только обеспечить сырую плотность прессовки при давлении прессования 700 МПа на уровне 7, г/см3 но и снизить давление выпрессовки на 20-25%. Таким образом, новые смеси Premix с пластификатором X-Lube E имеют такие же технологические свойства, как и с другими пластификаторами, при этом не содержат цинк, обеспечивают повышенную плотность и прочность прессовок, готовых деталей, меньшее давление выпрессовки.
Экономно-легированные порошки хромистых сталей.
Выше было показано, что в настоящее время наиболее низкие цены – на хромсодержащее сырье, используемое для легирования сталей, что обуславливает перспективы легирования порошков сталей хромом взамен традиционных марок порошков сталей, легированных медью, никелем, молибденом типа Distaloy SA, AB, SE, AE, DC, DH, HP, Astaloy Mo [20]. Так фирмой Hgans AB разработаны две новых марки таких порошков Astaloy CrL (1,5% Cr; 0,2% Mo) и Astaloy CrM (3,0% Cr; 0,5% Mo).
Главной технической проблемой и особенностью технологии изготовления изделий из этих порошков является состав атмосферы спекания – азото-водородная смесь (предпочтительно с соотношением 90/10) и низкая точка росы (не выше -26 °С при температуре спекания 1120 °С и не выше -15 °С при температуре спекания 1250 °С). Если печь имеет зону закалки, то оптимальное сочетание прочности и пластичности для прессовок из порошков Astaloy CrL и Astaloy CrM достигается при скорости охлаждения 0,5-2,0 °С/с. Использование процесса закалки, совмещенное в большинстве современных печей с процессом спекания, позволяет избежать необходимости повторного нагрева деталей под закалку, сократив не только энергозатраты, но и продолжительность цикла изготовления в целом. Порошки Astaloy CrL и Astaloy CrM - относительно дешевые материалы для получения высокопрочных конструкционных деталей.
Новые экономно-легированные порошки сталей марок Distaloy/Astaloy LH. Не смотря на достоинства экономнолегированных порошков Astaloy CrL и Astaloy CrM, высокий уровень механических свойств получаемых из них деталей, данные материалы требуют высокой технологической дисциплины, обеспечения довольно низкой точки росы в процессе спекания и совмещения последнего с закалкой. Не все потребители могут удовлетворить указанные требования, что сдерживает применение этих двух материалов.
По указанным причинам фирмой Hgans AB разработаны другие марки экономно-легированных порошков - Distaloy/Astaloy LH, для спекания прессовок из которых не требуется низкая точка росы, а сама атмосфера может быть любой – азотоводородная смесь, эндогаз, диссоциированный аммиак. Еще одним достоинством этих двух марок порошков является их хорошая прессуемость и высокая прочность сырой прессовки из них - выше, чем у прессовок из других низколегированных порошков. В табл.3 представлен химический состав порошков.
Химический состав порошков экономно-легированных сталей На свойства спеченных образцов существенное влияние оказывает содержание дополнительных компонентов, вводимых в шихту – меди и углерода. Не меньшее влияние оказывает и скорость охлаждения (в случае использования совмещенной технологии спекания-закалки). Таким образом, порошки сталей Distaloy/Astaloy LH являются хорошим дополнением и, в ряде случаев, альтернативой порошкам Astaloy CrL и Astaloy CrM.
Порошковая сталь марки Hipaloy для производства высокопрочных деталей. Фирмой Hgans AB разработан гомогенно легированный распыленный порошок марки Hipaloy состава Fe1,5Cr0,2Mo, на который затем наносят по всей поверхности частиц (плакируют) органический пластификатор, содержание которого – ниже, чем в традиционных смесях для прессования.
Это позволяет уменьшить пористость после спекания. Порошок поставляется в виде готовой смеси с графитом и, при необходимости, с легирующим компонентами. Особенностью смесей на основе порошка марки Hipaloy является довольно высокое давление прессования (850-1000 МПа) и повышенная температура спекания – выше 1250 °С. К достоинствам данных смесей можно отнести хорошую прессуемость, высокую прочность сырой прессовки. Благодаря плакированию отдельных частиц пластификатором по всей их поверхности обеспечена хорошая коррозионная стойкость, связанность графита, беспыльность процесса прессования.
После термообработки свойства спеченных образцов из смесей на основе порошка марки Hipaloy приближаются с свойствам лучших марок легированных конструкционных сталей.
Новые технологии получения изделий и заготовок из порошков железа и сталей. Перспективным технологическим направлением в производстве массовых изделий машиностроения методами порошковой металлургии продолжает оставаться усложнение геометрии получаемых изделий. При традиционном прессовании существуют ограничения в формовании всего двухтрех размеров в сечении матрицы. Имеются технические ограничения и в третьем измерении вдоль оси прессования. Исследования и разработки в области усложнения конструкции прессового оборудования, использования ЧПУ для управления 6- независимыми движениями формующих элементов прессинструмента, позволили сделать возможным получение многоуровневых порошковых изделий, однако формы и геометрия изделий все еще существенно ограничены.
Одно из перспективных направлений - процессы прессования относительно несложных по геометрии порошковых заготовок с последующей их сборкой в сложное многоуровневое изделие в сыром состоянии с изменением общих геометрических размеров и соединении элементов такой сборки друг с другом диффузионной сваркой, совмещенной со спеканием. Суть этого процесса в том, что при нагреве до температуры спекания двух порошковых деталей из порошка железа с различием в содержании углерода в них в пределах 0,1-0,3% происходят интенсивные диффузионные процессы, приводящие к соединению двух отдельных деталей в блок, например, блок шестерен, корпус планетарного редуктора и т.п. [21].
Данный процесс иллюстрирует рис.12.
Изменения размеров, % Рис.12. Изменение размеров порошковых деталей с разным содержанием Следует отметить вклад ученых Института порошковой металлургии в разработку технологий получения заготовок сборочных единиц аксиально-поршневых насосов [22-24], состоящих из стальных корпусов с отверстиями, в которых спрессованные из порошка железа с добавками пористые заготовки – втулки при спекании в проходной печи инфильтрируются расплавом медного сплава. При этом одновременно осуществляется пайка композиционных порошковых антифрикционных втулок со стальным корпусом. Таким же методом наносят порошковый антифрикционный слой на торцовую распределительную поверхность стальных корпусов насосов (рис.13). Цилиндры затем растачиваются в чистовой размер, а торцовая поверхность обрабатывается по сфере, обеспечивая длительное герметичное прилегание сопрягаемой детали - распределителя.
Рис.13. Порошковый композиционный антифрикционный материал и технология его нанесения на рабочие поверхности (торцовая распределительная и поверхности цилиндров) блока аксиально-поршневых насосов и гидромоторов серии «А»
Данную технологию использует и фирма «Новомет» (Пермь, Россия), получая из 3-х прессованных пористых порошковых стальных компонентов инфильтрацией-спеканием заготовки ступеней погружных нефтяных насосов [25, 26]. Эти заготовки затем подвергают механической обработке на станках с ЧПУ и обеспечивают размерную точность.
В последнее время проявляется интерес к технологии пайки непористых порошковых компонентов порошковыми припоями [27]. Эта технология имеет особенность: для обеспечения качественной пайки необходим зазор между соединяемыми деталями для растекания припоя и применение флюсов для смачивания (рис.14).
Рис.14. Схема эксперимента по изучению капиллярной пайки-спекания порошковых деталей из углеродистых сталей [27] В работе [27] было экспериментально установлено, что оптимальный зазор между соединяемыми деталями должен быть около 0,12 мм, в качестве припоя следует применять прессованную смесь порошков железа с углеродом при содержании последнего не менее 10 масс.%. При этом наилучшее качество пайки (спекания) достигается в вакууме.
Следует также напомнить, что ученым Беларуси (В.М.Горохов с сотр.) еще на рубеже ХХ и ХХI веков была разработана эффективная технология печной пайки порошковым припоем рабочих колес гидротрансформаторов АКП дорожных машин из штампованных листовых стальных заготовок [28] – рис.15. Этот метод включает [28]: сборку рабочих колес гидротрансформаторов из штампованных заготовок; обезжирование и очистку мест пайки; приготовление пасты из смеси порошков железа с размером частиц 80-160 мкм и глицерина; помещение пасты в зазор паяемого стыка между тором и лопастями; приготовление шихты из пропитывающего материала (матрицы) путем смешивания порошков Cu, Fe, Sn, Ni, Al, C и стеарата цинка;
прессование из этой шихты прессовок припоя и их размещение в 3-х точках лопасти. Пайку рабочих колес ведут в проходной конвейерной ленточной печи марки СКЗ с защитной восстановительной атмосферой из эндотермического газа.
Рис. 15. Рабочее колесо гидротрансформаторов дорожных машин, полученное методом печной пайки с применением порошковых композиционных припоев Ученые Института порошковой металлургии в последние годы вели разработки новых технологических режимов пластифицирования порошковых заготовок с целью получения холодной калибровкой стальных конструкционных изделий с плотностью 7,5 – 7,65 г/см3 за счет использования специальных режимов предварительной термовременной обработки (ПТВО) - отжига в температурной области аномальной диффузионной подвижности атомов железа ограниченной точкой Ас1 превращения [29]. В результате такой обработки в очагах взаимодействия формируется решетка совпадения, пластическая деформация в которой осуществляется движением особого рода супердислокаций, что приводит к проскальзыванию по межчастичным контактам при механическом воздействии на заготовку. Микроскопически это проявляется в виде смещения рисок на боковых полированных поверхностях деформированных образцов, а макроскопически- через резкое увеличение пластичности и уменьшение сопротивления деформации. Этот способ обеспечивает плотность 7,42-7,57 г/см3.
В таблице 4 приведены экспериментальные данные, убедительно доказывающие влияние ПТВО на повышение плотности образцов из различных марок порошковых сталей.
Сравнение плотности и твердости образцов порошковых сталей, изготовленных прессованием и спеканием и Astaloy 85 Mo Astaloy 85 Mo + Переживает второе рождение технология горячего изостатического прессования (ГИП), разработанная фирмой ASEA (Швеция) еще в 70-е годы ХХ века. Технология ГИП изначально использовалась для получения высокоплотных и высокопрочных заготовок и готовых изделий крупных размеров и сложной формы типа рабочих колес газотурбинных двигателей из сферических порошков титановых и жаропрочных сплавов, обтекателей головных частей летательных аппаратов из керамики и т.п. Это аэрокосмическое направление применения технологии ГИП сохранило свое значение и в России (ОАО «ВИЛС», ОАО «Композит» и др.) и в развитых странах Западной Европы, США (Bodycote plc, Avure Technologies Inc., Dieffenbacher GmbH + Co. KG и др.).
Но в настоящее время, по данным профессора Olle Grinder (PM Technology AB/Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden), главными продуктами технологии ГИП стали два:
быстрорежущие и инструментальные порошковые стали, а также порошковые коррозионно-стойкие стали в том числе - безникелевые, с повышенным содержанием азота. В таблице 5 представлены данные и прогноз по мировому производству методом ГИП этих двух продуктов.
Объемы мирового производства методами ГИП Быстрорежущие и инструментальные стали 4000 18000 Фирме Uddeholm Tooling AB (Sweden) удалось освоить промышленное производство методом ГИП азотистой инструментальной стали марки VANCRON 40 (C1,1%; N1,8%; Cr4,5%;
Mo3,2%; W3,7%; V8,5%) в которой за счет введения азота достигнуто суммарное содержание карбонитридной фазы до 20%, а микротвердость – 2800 Hv по сравнению с содержанием карбидной фазы в традиционной безазотистой стали всего 4% и микротвердости 1500 Hv.
Фирма Sandvik Powdermet AB (Sweden) технологиями ГИП производит в промышленных масштабах из порошков нержавеющей стали секции химических реакторов массой до 10 т и длиной до 12 м (рис.16, а), а фирма Outokumpu Tornio (Finland) прокатные валки массой 351 кг и длиной 2,85 м из инструментальной стали с твердостью 63 HRC (рис.16, б).
Рис.16. Промышленные продукты технологии ГИП: а - секции химических реакторов из порошков коррозионно-стойкой стали; б – прокатные валки из порошков инструментальной стали Растущий во всем мире интерес к сталям с повышенным содержанием азота, в ряде случаев замещающем или дополняющем при меньшем содержании традиционные легирующие элементы – в первую очередь – углерод и никель, привел к разработке оригинальных технологий их получения методами порошковой металлургии. Одна из них - промышленное производство методом ГИП азотистой инструментальной стали марки VANCRON 40, представлена выше в данном разделе.
В работе [30] использован оригинальный подход для получения азотистых безникелевых коррозионно-стойких сталей – распыление расплава для исходных порошков азотом под давлением 4 МПа, спекание в атмосфере, содержащей до 90% азота и доуплотнение методом ГИП. Достигнуты довольно высокие механические свойства при содержании азота 0,35-0,60 масс.% – предел прочности при растяжении не менее 500 МПа и удлинение 40-50%, а, самое главное – повышенная по сравнению со сталью 316L коррозионная стойкость. При этом, не смотря на сложность и многостадийность процесса, себестоимость продукта ниже, чем традиционных азотистых сталей, получаемых длительным переплавом в атмосфере азота [31].
В работе [32] для насыщения спеченного продукта азотом использовали подшихтовку нитридами хрома, марганца и кремния. В результате исследований установлено, что азотом в порошковых сталях можно успешно замещать углерод не только без снижения механических характеристик, но и в ряде случаев их повышать, используя дополнительно процессы ХТО. Микроструктура порошковых сталей системы Fe-C представляет собой смесь мартенсита и бейнита, а системы Fe-N – мартенсита и феррита. По сравнению с порошковыми сталями системы Fe-C, стали системы Fe-N имеют повышенную ударную прочность, но меньшую твердость.
Представляет интерес диаграмма Olle Grinder, сопоставляющая экономически целесообразные и технологически достижимые массу и количество производимых в год различными методами порошковой металлургии деталей (рис.17) в 1990 и в годах.
Рис.17. Экономически целесообразные и технологически достижимые масса и количество производимых в год различными методами порошковой металлургии Из рис.17 видно, что если для таких технологий, как осевое прессование и горячая штамповка (ковка) порошковых заготовок за 20 лет практически ничего не изменилось, то для технологии ГИП масса готовых изделий уже превышает 10 т, а для технологии MIM (Metal injection molding) – уменьшилась до 10 г и менее. Кроме того, за последние 20 лет появилась новая группа порошковых технологий – послойного производства, к которым следует отнести в первую очередь селективное лазерное спекание, лазерной или электронно-лучевой плавки, струйное формование и др.
Следует отметить, что единственным сектором рынка порошковой металлургии, имевшем устойчивый рост в последние годы, не смотря на кризис, был инжекционное формование металлических порошков – MIM. За последние 6 лет объем продаж изделий, получаемых методами MIM, вырос более чем в 2 раза.
На рис.18, по данным фирмы Sandvik Osprev, представлена структура европейского рынка MIM, из которой видно, что детали из коррозионно-стойкой стали составляют половину объемов продаж, еще 25% - детали из низколегированных сталей.
Рис.18. Структура рынка порошковой металлургии в секторе MIM в Европе На рис.19 приведены примеры деталей различного назначения, полученных российскими и европейскими фирмами методами MIM. Среди них (слева направо) – радиатор системы охлаждения микроэлектроники, рабочее колесо турбонагнетателя ДВС, детали стрелкового оружия, шестерни механических исполнительных приводов.
Рис.19. Примеры деталей различного назначения, полученных российскими и Фирмой ООО «Синтез - Порошковые детали» (www.sintezpm.com) - промышленным производителем деталей методом MIM из порошковых смесей собственного производства, проведено сравнение технологий MIM и традиционных технологий, включая традиционную порошковую металлургию – прессование в форме и спекание. Показано, что при объемах производства деталей средней и высокой сложности формы от 6-7 тыс. в год до 100 тыс. и более, технология МIМ наиболее оптимальна.
Представляют интерес приведенные в таблице 6 сравнительные характеристики деталей, полученных по четырем технологиям.
Сравнительные характеристики деталей, полученных сти Ra (мкм) Как видно из таблицы 6, важным преимуществом технологии MIM, недоступной иным процессам, является возможность получения изделий сложной формы с толщиной стенки от 0, мм. Еще одно преимущество MIM – хорошая шероховатость поверхности, не требующая дополнительной чистовой обработки в большинстве случаев применения. Однако достоинств не бывает без недостатков. Есть он и у технологии MIM: из-за высокого содержания полимера в премиксе усадка в процессе спекания доходит до 26% на сторону, что ведет к некоторому снижению точности размеров в готовом изделии. Большую усадку необходимо также учитывать при проектировании оснастки. Тем не менее, согласно таблице 6, размерная точность MIM-деталей, хотя и ниже, чем полученных мехобработкой, литьем или порошковой металлургией, но в ряде случаев достаточна для последующей сборки с другими деталями.
Следует отметить, что технология инжекционного формования осваивается и в Беларуси – в ГНУ ИПМ приобретена и введена в эксплуатацию универсальная машина ALLROUNDER U 150 - 70 инжекционного формования пластифицированных смесей порошков керамики, металлов и сплавов (рис.20), на которой изготовлена из смеси на основе Al2O3 опытная партия деталей золотниковой пары системы пневмопривода тормозов автомобилей (рис.21). После ввода в эксплуатацию в 2011 году специализированной установки для каталитического выжигания полимерной связки планируется осовение опытнопромышленного производства этих и иных изделий методами СИМ и МИМ.
Рис.20. Универсальная машина Рис.21. Детали золотниковой ALLROUNDER 170 U 150 - 70 инжекцион- пары системы пневмопривода ного формования пластифицированных тормозов автомобилей, полусмесей порошков керамики, металлов и ченные методом СИМ из смесплавов си на основе Al2O Исследования и разработки в области технологий МИМ за последние два года демонстрируют ряд новых интересных результатов. Среди них – микрозажимы сосудов из коррозионно-стойкой стали 316L (рис.22, а) и составные детали компонентов микроэлектроники из стали 316L и меди (рис.22, б), составные сэндвич-детали из комбинации стали с керамикой на основе ZrO2 (рис.22, в).
Рис. 22. Новые разработки в области МИМ: а - микрозажимы сосудов из коррозионностойкой стали 316L; б - составные детали компонентов микроэлектроники из стали 316L и меди; сэндвич-детали из комбинации стали с керамикой на основе ZrO В завершении данного раздела следует упомянуть о том, что для получения готовых изделий высокой точности размеров и повышенной сложности формы все более широко используют финишную механическую обработки спеченных порошковых заготовок. По данным фирмы Hgans АВ ~60% порошковых деталей подвергают механической обработке, причем она составляет ~20% общей стоимости готовой детали. Это привело к созданию порошковых смесей с улучшенной обрабатываемостью [33]. В качестве добавок, повышающих не только качество обработанной поверхности, но и (в 5-10 раз!) стойкость режущего инструмента рекомендуется вводить в шихту до 0,3 масс.% сульфида марганца MnS или до 0,15 масс.% разработанного фирмой Hgans нового аддитива держащегося в секрете состава типа MnM.
Прогресс в порошковой металлургии, конкурентоспособность ее продукции в XXI веке связаны со следующими условиями:
1. Использование экономно-легированной шихты Distaloy/Astaloy LH, Astaloy CrL, Astaloy CrM и новых смесей на основе порошка марки Hipaloy, современных пластификаторов, не содержащих цинк и обеспечивающих при подогреве только матрицы всего до 60 °С плотность и прочность прессовки и готового изделия не хуже, чем при теплом прессовании, а также большую стойкость печного оборудования.
2. Применение для компактирования современных прессов с ЧПУ, высококачественного формующего инструмента, подогрева матрицы либо технологии теплого прессования.
3. Спекание прессовок предпочтительно проводить в азотоводородной защитной атмосфере с низкой точкой росы и ее жестким контролем, само спекание совмещать с закалкой охлаждением потока газа.
4. Для повышения стойкости оснастки, упрощения ее конструкции, снижения стоимости детали и процесса ее получения рационально использование механической доработки сырых или спеченных прессовок на автоматизированных станках (обрабатывающих центрах, линиях) с ЧПУ и с манипуляторами.
5. Для уплотнения и упрочнения поверхности спеченных изделий предпочтительно использовать струйно-абразивную обработку стальной или чугунной дробью. Остается конкурентоспособной также технология парооксидирования спеченных порошковых стальных деталей, обеспечивающая одновременно повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности.
Литература:
1. Состояние и перспективы развития порошковой металлургии/ Е.А.Дорошкевич, А.Ф.Ильющенко, В.М.Горохов, В.В.Савич// Порошковая металлургия. - 1998. - Вып.21. - С.5-9.
2. Состояние и перспективы развития порошковой металлургии, технологий нанесения защитных покрытий в Республике Беларусь и за рубежом/ А.Ф.Ильющенко, Е.В.Звонарев, В.В.Савич// Материалы конференции «Актуальные проблемы производства и применения изделий порошковой металлургии и сверхтвердых материалов». – 20 сентября 2001. – Ростов-на-Дону, с. 14-30.
3. 8-я международная выставка «Порошковая металлургия». Некоторые итоги/ Дорошкевич Е.А., Ильющенко А.Ф., Савич В.В. // Порошковая металлургия. Вып.24. - С.5-8.
4. Состояние и перспективы развития порошковой металлургии в Республике Беларусь/ А.Ф.Ильющенко, Е.В.Звонарев, Г.П.Клецко, В.В.Савич// Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения: Материалы Междунар. научн. - техн. конф., Новочеркасск, 16-20 сент. 2002 г. Юж. Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002, с.14-26.
«