Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W

Изучены процессы формирования порошковых медно-вольфрамовых композиций для получения оптимальных с точки зрения практического применения физико-механических свойств неспеченных прессовок. Вивчено процеси формування порошкових композицій мідь—вольфрам для одержання оптимальних з точки зору практичног...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Электронная микроскопия и прочность материалов
Date:	2012
Main Authors:	Епифанцева, Т.А., Коваль, А.Ю., Скороход, В.В., Штерн, М.Б.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2012
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63541
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W / Т.А. Епифанцева, А.Ю. Коваль, В.В. Скороход, М.Б. Штерн // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 127-138. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860249704204337152
author	Епифанцева, Т.А. Коваль, А.Ю. Скороход, В.В. Штерн, М.Б.
author_facet	Епифанцева, Т.А. Коваль, А.Ю. Скороход, В.В. Штерн, М.Б.
citation_txt	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W / Т.А. Епифанцева, А.Ю. Коваль, В.В. Скороход, М.Б. Штерн // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 127-138. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Электронная микроскопия и прочность материалов
description	Изучены процессы формирования порошковых медно-вольфрамовых композиций для получения оптимальных с точки зрения практического применения физико-механических свойств неспеченных прессовок. Вивчено процеси формування порошкових композицій мідь—вольфрам для одержання оптимальних з точки зору практичного використання фізико-механічних властивостей неспечених пресовок. Processes of structure formation of copper-tungsten powder compositions has been studied from the standpoint of physical-mechanical properties optimization for practical application.
first_indexed	2025-12-07T18:41:21Z
format	Article
fulltext	127 УДК 621.762 Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W Т. А. Епифанцева, А. Ю. Коваль, В. В. Скороход, М. Б. Штерн Изучены процессы формирования порошковых медно-вольфрамовых композиций для получения оптимальных с точки зрения практического применения физико- механических свойств неспеченных прессовок. Выявлено влияние соотношения размеров частиц матрица/включение R(Cu)/R(W) при фиксированном содержании вольфрама в смеси на структуру и физико-механические свойства холоднопрессованных материалов Сu—20% (мас.) W. Фрактографические исследования позволили установить характерный для данной композиции механизм формирования пористости, где часть пор внутри медной матрицы образуется в результате упругой деформации вольфрамовых частиц в процессе холодного прессования. Показано, что структура гетерогенного холодно- прессованного материала Сu—20% (мас.) W имеет изотропный характер вне зависимости от величины соотношения размеров частиц матрица/включение R(Cu)/R(W). С увеличением значения этого соотношения прочность материала увеличивается. Величина модуля упругости коррелирует с величиной удельного электросопротивления материала. Рекомендуемое соотношение размеров частиц матрица/включение в исследованном гетерогенном материале составляет R(Cu)/R(W) = 10, что позволит увеличить эффективность применения изделий при действии кумулятивного заряда. Ключевые слова: гетерогенный материал, неспеченная прессовка, прочность, структура, пластическая матрица. Введение Использование уникальных свойств композиционных порошковых материалов в сфере высоких скоростей (2000—6000 м/с), давлений (~1000 МПа) и температур (более 1000 оС) требует создания материалов с особыми свойствами. Так, повышение эффекта проникновения кумулятивной струи невозможно без создания комплектующих заряда определенной структуры, которая обеспечит необходимые характеристики материала для запреградного действия [1]. Получение комплектующих с требуемыми свойствами достигается выбором состава и метода формования с образованием определенной структуры материала [2]. Создание технологически прочных пористых изделий из композиционного материала на медной основе, содержащего компонент тяжелой тугоплавкой фазы (в нашем случае W в количестве 20% (мас.)), представляет практический интерес для повышения кумулятивного эффекта, комплекса специальных служебных свойств неспеченных изделий на основе пластичной матрицы в момент детонационного воздей- ствия благодаря высокой прочности вольфрама (ТС-5М, σр = 1200 МПа), его большой плотности (19,3 г/см3) и достаточному запасу пластич- ности (относительное удлинение — 10%). Сочетание таких показателей прочности и пластичности позволит создать гетерогенный композици- онный материал высокой эффективности [3—5]. © Т. А. Епифанцева, А. Ю. Коваль, М. Б. Штерн, 2012 128 Цель настоящей работы — изучить особенности микроструктуры неспеченных прессовок из порошкового гетерогенного материала на основе меди и тяжелой фазы (вольфрама) в зависимости от соотношения размера частиц компонентов в смеси, установить влияние величины соотношения размеров частиц матрица/включения на плотность и микроструктуру материала прессовки. Пористые изделия из гетерогенного порошкового материала на основе меди для практического применения должны обладать достаточной технологической прочностью. В связи с этим целесообразно изучить особенности формования пористой структуры материала прессовки и оценить ее роль в формировании физико-механических свойств изделий. Объекты исследований и методики испытаний В настоящей работе исследовали образцы Сu—20% (мас.) W с фикси- рованным содержанием тяжелой фазы (вольфрама), изготовленные по одной технологической схеме формования до получения максимальной плотности. Из исходных частиц компонентов механическим перемешиванием готовили гетерогенные порошковые смеси, которые различались соотношением размеров частиц матрица/включение (таблица). В состав шихт входил порошок распыленной меди со средним размером частиц 40—100 мкм и вольфрама со средним размером частиц 10— 100 мкм. С целью определения влияния тяжелого компонента в смеси на структурные характеристики неспеченных прессовок и их некоторые физико-механические свойства параллельно изготовлены и испытаны образцы из порошков чистой меди, полученные в идентичных условиях. Смесь уплотняли двухсторонним прессованием до предельной плотности, которой соответствует некоторое критическое давление, при превыше- нии которого наблюдается расслой прессовок после их выпрессовки из пресс-формы. Образцы изготовлены прецизионным двухсторонним прес- сованием до упора (ГОСТ 29012-91) на прессе П-483. Плотность пористых прямоугольных образцов размером 4,36х6,3х43,6 мм3 рассчитывали по ГОСТ 18898-89 (таблица). Анализ структуры материала и микромеханизма разрушения поверх- ности неспеченных прессовок проводили с помощью сканирующего Зависимость физико-механических свойств гетерогенного материала на основе меди от соотношения размеров частиц компонентов смеси R(Cu)/R(W) Размер частиц Cu, мкм Относи- тельная плотность, % R(Cu) / R(W) Модуль упругости Е, ГПа Прочность при изгибе, МПа Удельное электро- сопротивление, мкОм·м 40 93,5 — 98 49,5 0,0182 100 96,8 — 84 45 0,0173 40 88,3 4 90 62,6 0,1747 40 92,7 0,4 94 44,4 0,8733 100 90,7 10 87 69,6 0,1259 100 91,8 1 65 45,3 0,1516 а б Рис. 1. Структура прессовки гетерогенного материала состава Сu—20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 1 (а); изображение частиц вольфрама, полученное в характеристическом излучении WLα (б). электронного микроскопа (CЭM) Superprobe-733 (JEOL, Япония). Результаты фрактографического анализа исследованных материалов позволили установить расположение частиц, образующих прочный каркас изделия, в объеме прессовок, а также морфологию структуры и ее взаимосвязь с содержанием и размером частиц вольфрама в смеси [6]. Наи- более характерные фрактограммы исследованных холоднопрессованных материалов представлены на рис. 1—6. Фрактографический анализ позволил выявить роль изменения соотношения размера включений твердого компонента (W) относительно размера частиц материала матрицы (Cu) на основные механические свойства неспеченных прессовок. Микро- структуру прессовок оценивали в основном по двум параметрам: распределению частиц твердых включений в материале и наличию в структуре дефектов различного типа [7—9]. Электропроводность материала измеряли при комнатной температуре с помощью моста посто- янного тока Р30009 (погрешность измерений составляла не более 5%). а б в г 10 мкм Рис. 2. Фрактограммы прессовки гетерогенного состава Сu—20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 4 (а), б—г — выделенные фрагменты фрактограммы, где присутствуют мелкие трещины. 129 Результаты исследований и их обсуждение Фрактографический анализ поверхностей разрушения неспеченных прессовок выявил существенные различия в характере разрушения гете- рогенного материала одного состава в зависимости от соотношения размеров частиц матрица/твердые включения. При изучении поверхности излома прессовок ввиду высокой жесткости твердых включений и отсутствия взаимной растворимости между частицами меди и вольфрама установлен факт формирования изотропной структуры, где основным параметром, характеризующим формирование матрицы прессовки, является площадь единичного межчастичного контакта между пластичными частицами меди. При прессовании присутствие крупных частиц вольфрама в составе смеси приводит к повышению степени деформации материала в целом и, как следствие, в результате пластической деформации происходит изменение формы частиц вольфрама от округлой, практически равноосной, до вытянутой, близкой к овальной (рис. 1). При прессовании порошковой композиции с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 1 напряженно-деформированное состояние уплот- няемой смеси по сравнению с другими композициями усиливается, площадь единичного межчастичного контакта медь—вольфрам возрас- тает, ухудшается степень уплотнения и в результате прочность и модуль упругости материала снижаются (таблица). Для структуры прессовок из гетерогенной порошковой смеси с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 4 характерно присутствие мелких трещин (рис. 2). Причиной их образования, по мнению авторов, является упругое последействие, возникающее при выпрессовке. При соот- ношении размеров частиц R(Cu)/R(W) = 0,4 в структуре имеются трещины расслоения, образующиеся в результате сдвиговых деформаций (рис. 3). Анализ фрактограмм прессовок с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 10 показал, что поверхность разрушения материала имеет хрупко-вязкий излом (рис. 4). На поверхности излома видны недеформиро- ванные частицы меди, что обусловливает хрупкий межчастичный излом. Образование микротрещин по межзеренным границам частиц меди свидетельствует о хрупком разрушении этих частиц. При приложении внешних нагрузок отрыв медных частиц происходит в местах расположения 50 мкм 50 мкм а б Рис. 3. Фрактограммы прессовки гетерогенного состава Сu—20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 0,4, выделены фрагменты с трещинами расслоения (а) и с части- цами вольфрама внутри пор (б). 130 а б в г д ж 50 мкм Рис. 4. Фрактограмма прессовки гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 10 (участок образца со стороны, противоположной приложению нагрузки) (а); б—ж — фрагменты фрагтограмм с характерными дефектами, расположенными в направлении стрелки (а). а б 25 мкм 5 мкм Рис. 5. Структура гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W при соотноше- нии размеров частиц компонентов в смеси R(Cu)/R(W) = 10, изображения получены во вторичных электронах (а) и в СuКα-излучении (б). пор, что способствует дальнейшему распространению трещин по межчас- тичным границам (рис. 5). При изучении микроструктуры прессовки в отраженном излучении (режим “compo”) при увеличении ×400 установлена неравномерность распределения вольфрама в объеме прессовки (рис. 5, а). Анализ поверхности излома прессовок (рис. 4) позволяет утверждать, что разрушение имеет как хрупкий характер (межчастичное разрушение по границам частиц меди), так и вязкий (межзеренное разрушение). При этом хрупкий излом характерен для частиц меди, находящихся в непо- средственном контакте с частицей вольфрама (рис. 4). Частицы вольфрама располагаются как внутри пор, имеющихся в материале (рис. 4, ж), так и непосредственно между частицами меди (рис. 2, г). Фрактограммы прессовок свидетельствуют также о наличии межчастичных трещин, распространяющихся от поры вглубь прессовки (рис. 4, б—г). Исследования структуры поверхности прессовок гетерогенного состава показали, что частицы включений вольфрама формируют агломераты плоской формы, которые неравномерно расположены в медной матрице. 131 Вязкий характер разрушения прессовок гетерогенного материала на основе пластичной матрицы подтверждается фрактограммами с характерным так назывемым чашечным изломом (рис. 4). Использование включений вольфрама малого размера при соотно- шении размеров частиц R(Cu)/R(W) = 10 приводит к повышению упрочнения прессовки, поскольку разрушение материала при этом происходит в основном по пластичной матрице. Аналогичная закономер- ность наблюдается для композиционного материала на основе меди, разработанного для электрических контактов [10]. В этой работе установлен рост электросопротивления и твердости материала с увеличением содержания включений в смеси при сопоставимых показателях плотности. Установлено, что при уплотнении исходных смесей холодным прессованием разрушения частиц вольфрама под действием формиру- ющихся в материале напряжений не происходит, что объясняется их высокой прочностью. В то же время наблюдается изменение формы частиц W в зависимости от величины соотношения размеров частиц компонентов смеси (см. рис. 1). Наиболее характерной особенностью структуры прессовок материала с соотношением R(Cu)/R(W) = 10 являются “незаполненные” поры, то есть не содержащие включений в виде частиц вольфрама. При этом частицы вольфрама располагаются непосредственно между частицами меди, форми- рующими пластичную матрицу. Иногда частицы вольфрама расположены вблизи пор (рис. 6.) Фрактографический анализ материала с соотношением R(Cu)/R(W) = = 10 показал, что характерным для структуры в этом случае является формирование мелких пор и практически равномерное распределение частиц вольфрама в медной матрице (рис. 6). Отсутствие внутри пор частиц вольфрама в структуре данного холоднопрессованного материала может быть объяснено прохождением процесса межчастичного проскальзывания, обусловленного действием тангенциальных напряжений при приложении усилия прессования к материалу гетерогенного состава. При этом частицы вольфрама фиксируются в вязкой медной матрице. Ввиду большой разницы плотностей порошков вольфрама (19,26 г/см3) и электролитической меди 50 мкм а б Рис. 6. Фрактограмма прессовки гетерогенного материала Сu— 20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 10 (участок образца со стороны приложения нагрузки) (а); фрагмент фрактограммы (на рис. 6. а обозначен стрелкой) с характерными дефектами, способствую- щими распространению трещины (б). 132 133 (8,96 г/см3) в процессе засыпки в пресс-форму до известной степени может нарушаться гомогенность исходных смесей, а тяжелые частицы вольфрама в результате будут неравномерно распределяться в структуре холоднопрессованного материала (рис. 2, 6). Последнее предположение авторов носит предварительный характер и требует дальнейшей проверки экспериментальным путем. Наличие пор, свободных от частиц вольфрама, а также локальное нарушение гомогенности в виде скоплений частиц вольфрама в медной матрице (рис. 6, б) могут свидетельствовать о вли- янии удельной плотности материала вводимых твердых включений на частичное нарушение гомогенности исходной порошковой смеси при засыпке в пресс-форму и физико-химического состояния поверхности частиц включений, обладающих высокой жесткостью и отсутствием текучести (например, вольфрам), на их локализацию в объеме вязкой матрицы (например, меди). Для структуры материала с соотношением R(Cu)/R(W) = 4, где размер частиц вольфрама составляет 10 мкм, характерно, что частицы вольфрама располагаются как в межчастичном пространстве, так и на поверхности частиц меди. При этом в порах медного каркаса присутствия частиц вольфрама не наблюдается (см. рис. 2, б). В данном материале также присутствуют мелкие трещины, хотя в целом структура может рассматриваться как изотропная, а на модуль упругости холоднопрес- сованного материала такие трещины существенного влияния, по всей видимости, не оказывают. Последнее, по нашему мнению, свидетельствует о преимущественной роли размера частиц матрицы, который определяет величину площади единичного межчастичного контакта. В структуре материала с соотношением R(Cu)/R(W) = 0,4 при введении крупных частиц вольфрама (100 мкм) наиболее часто наблюдается присутствие последних в порах медной матрицы. По нашему мнению, пора в пластичной медной матрице формируется вокруг твердых частиц вольфрама, имеющих также высокую упругость, за счет сил упругой деформации твердых частиц вольфрама в процессе образования плотной прессовки при снятии с материала внешней нагрузки (см. рис. 3). Следует отметить, что в структуре материала с соотношением R(Cu)/R(W) = 1, в который также вводились крупные частицы вольфрама (100 мкм), последние располагаются как внутри некоторой части пор, так и непосредственно внедрены в медную матрицу, то есть расположены вне пор (см. рис. 1). Фрактографические исследования структуры материала прессовок одного состава с разным соотношением размера частиц матрица/вклю- чение позволили выявить особенности расположения частиц включений в объеме пластичной медной матрицы. Формирующаяся микроструктура прессовок исследуемого гетерогенного материала зависит от размера частиц включений, она изотропна для всех значений соотношения R(Cu)/R(W). На структуру также влияет величина соотношения размеров частиц матрица/включение и она может до определенной степени варьироваться. Это позволяет утверждать, что характер разрушения гетерогенного материала также имеет заметные различия для каждой величины соотношения R(Cu)/R(W). Характерной особенностью структуры прессовок с высоким соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 10 ввиду малого размера частиц вольфрама, высокой 134 прочности и жесткости последних, а также присутствия на поверхности частиц стабильной, твердой оксидной пленки, покрывающей их поверх- ность, и существенной разницы плотности порошка, приводящей к локальным нарушениям гомогенности исходной смеси, является образова- ние агломератов (рис. 5). Предположительно, образование последних происходит под действием ван-дер-ваальсовых сил, возникающих между частицами вольфрама, в том числе и в процессе засыпки исходной смеси в пресс-форму, когда может локально нарушаться гомогенность последней. Присутствие агломератов частиц вольфрама наблюдалось по всей поверхности излома исследованных образцов. Более того, на отдельных участках поверхности прессовок микроскопические исследования выявили “поля” агломератов (рис. 5, а), однако при этом сплошность медной матрицы в целом не нарушается. Испытания на прочность материала данного состава показали, что формирование агломератов частиц вольфрама положительно влияет на прочностные свойства прессовок. Прочность σ холоднопрессованного гетерогенного материала с R(Cu)/R(W) = 10 увеличивается в среднем в 1,5 раза по сравнению с σ аналогичного материала на основе чистой меди (соответственно 69,5 и 45 МПа). Процесс разрушения такого материала сводится в основном к разрушению пластичной матрицы, которому предшествует пластическая деформация частиц меди, о чем свидетельствует ямочный характер излома (рис. 4, а и рис. 6, б). Агломераты частиц вольфрама, по нашему мнению, выступают в роли структурных элементов, препятствующих распростра- нению магистральных трещин в процессе разрушения. Это частично подтверждается наблюдаемым в некоторых случаях микрорастрески- ванием в зонах, прилегающих к агломератам частиц вольфрама, которое происходит на этапе уплотнения материала холодным прессованием. Материал с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 1 характери- зуется самым высоким показателем пористости среди всех исследованных холоднопрессованных гетерогенных композиций Cu—20% (мас.) W. Уровень пористости в среднем составляет 10% (см. таблицу). Для исследования границ между частицами медной матрицы и включений вольфрама проведен микрорентгеноспектральный анализ с фотогра- фической регистрацией интерференционных линий в характеристических излучениях CuKα и WLα (см. рис. 1, а, б). Анализ подтвердил отсутствие зоны контакта между частицами меди и вольфрама, что, по нашему мнению, может быть результатом действия упругих сил в материале, в котором присутствуют частицы вольфрама больших размеров (100 мкм). Наблюдаемое в гетерогенном материале изменение морфологии частиц меди и вольфрама (частицы в основном имеют вытянутую форму) свидетельствует о протекании пластической деформации обоих компонен- тов под действием нагрузки, прикладываемой при прессовании (см. рис. 1 а). В гетерогенном материале с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 1, то есть в том случае, когда размер частиц пластичного компонента и твердых включений одинаков, образование межчастичного контакта как с механической (медь—вольфрам), так и с металлической связью (медь— медь) затруднено. Можно предположить, что формирование в структуре материала межчастичных контактов с разным типом связи понижает его прочностные и упругие свойства по сравнению с исследованными компози- циями с другим соотношением размеров частиц компонентов и, как след- ствие, такой материал имеет самые низкие показатели модуля упругости и прочности при изгибе (таблица). Проведенные в работе измерения электросопротивления холоднопрес- сованных гетерогенных материалов с различными соотношениями размеров частиц компонентов R(Cu)/R(W) показали, что, как и в случае холоднопрессованных материалов на основе чистой меди, значения удельного электросопротивления коррелируют со значениями модуля упругости. Так, максимальное удельное электросопротивление зафикси- ровано для композиции с R(Cu)/R(W) = 0,4, которая также обладает самым высоким модулем упругости. Это можно объяснить влиянием суммар- ной площади межчастичного контакта меди при одновременном увеличении площади единичного межчастичного контакта вольфрама. Такая закономерность может привести к повышению удельного сопротивления при одновременном увеличении модуля упругости материала. Однако при этом сплошность медной матрицы должна нарушаться, что подтверждается снижением прочности данного материала при изгибе. Увеличение электросопротивления можно также объяснить достаточно большим количеством микротрещин в прессовках данного состава, что также приводит к нарушению сплошности медной матрицы. Необходимо заметить, что приведенные утверждения носят предвари- тельный характер и нуждаются в дополнительной проверке эксперимен- тальным путем, которую планируется осуществить при последующих исследованиях. Исследуемый в настоящей работе холоднопрессованный гетерогенный материал с пластичной матрицей с точки зрения взаимосвязи микроструктуры и комплекса физико-механических свойств может рассматриваться как пример системы промежуточного типа между статистическими и матричными системами [2]. Для таких систем вводится понятие “степень матричности”, то есть доля матричной смеси в общей случайной системе — gM. Эту величину можно определить из измеренных значений проводимости (либо какого-либо иного полевого свойства) при сопоставлении расчетных данных для статистической и матричной систем [11]: 3/1 М 3/1 СТ 3/1 ИЗМ 3/1 СТ M λ−λ λ−λ =g , (1) где λСТ, λМ и λИЗМ — соответственно расчетные значения проводимости для статистической и матричной смесей, а также измеренное значение. В то же время параметр gМ может быть найден при стереологическом анализе микроструктуры с помощью следующих простых соотношений. Если S1 — полная поверхность включений первой фазы, то площадь межфазной поверхности раздела в матричной системе 1 1 1 M 12 θ== L ASS , (2) где А — коэффициент формы включений, А = 3—6; L1 — линейный размер включений. Для статистической системы 21 CT 12 θ⋅= SS , (3) 135 так как вероятность контакта первой фазы со второй в этом случае пропорциональна объемной доле второй фазы. Таким образом, если измеренная площадь межфазной поверхности находится в интервале между значениями, определяемыми по (2) и (3), то )1( 21 21 1ИЗМ 12 M θ−θ θθ− = A LS g . (4) Возможность определить такой важный структурный параметр, как степень матричности композита, на основании простых измерений свойств типа проводимости, не прибегая к громоздкому стереологическому анализу, весьма привлекательна для оперативного и массового контроля структуры в процессе получения материала. Непосредственное применение описанного подхода к изучению холоднопрессованного материала Сu—20% (мас.) W, а также других гетерогенных композиций, представляющих интерес для изготовления тонкостенных облицовок кумулятивных зарядов, будет исследовано и опубликовано авторами в последующих работах. Следует также заметить, что формирование механического контакта между частицами вольфрама или вольфрама и меди не способствует повышению модуля упругости гетерогенного материала. По сравнению с прессовками из чистой меди гетерогенный материал с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 10 обладает повышенной (в 1,5 раза) прочностью, как уже указывалось, за счет образования агломератов твердых частиц вольфрама, выступающих в роли упрочняющих элементов структу- ры, а также за счет накопленной в материале деформации и связанных с ней внутренних напряжений. При этом модуль упругости гетерогенного материала остается в пределах значений, полученных для прессовок из чистой меди, что свидетельствует о незначительном влиянии на него межчастичного контакта механического происхождения (таблица). Уста- новлено также, что уровень пористости исследованного холоднопрес- сованного гетерогенного материала в меньшей степени влияет на механи- ческую прочность по сравнению с холоднопрессованными материалами на основе чистой меди. В то же время присутствие в материале твердых включений вольфрама во всех исследованных композициях приводит к повышению остаточной пористости по сравнению с холоднопрессованными материалами на основе чистой меди при прочих равных условиях. Так, прессовки из чистой меди с размером частиц 100 мкм при максимальном уплотнении (до разрушения) имеют пористость около 3,2%, тогда как пористость прессовок гетерогенного материала с соотношением размеров частиц R(Cu)/R(W) = 10 при тех же условиях составляет около 9,3%. Комплекс проведенных в настоящей работе исследований показывает, что для холоднопрессованных материалов Сu—20% (мас.) W величина соотношения размеров частиц матрица/включение при фиксированном массовом соотношении компонентов в смеси влияет на ряд важных характеристик структуры, в частности на распределение и локализацию частиц тяжелых включений в объеме медной матрицы, что, в свою очередь, оказывает влияние на структурно-чувствительные физико-механические свойства холоднопрессованного материала. Полученные результаты не противоречат известным представлениям о физической природе упрочне- ния, а именно о деформационном упрочнении материала под действием 136 137 формирующихся в нем внутренних напряжений, возникающих в результате увеличения деформации материала при его холодном прессовании [12]. Выводы Проведенные комплексные исследования холоднопрессованных материалов Сu—20% (мас.) W показали, что определяющее влияние на формирование их микроструктуры и ряда структурно-чувствительных физико- механических свойств оказывает величина соотношения размеров частиц матрица/включение R(Cu)/R(W) при фиксированном содержании вольфрама. Микроструктурные, в том числе и фрактографические, исследования позволили выявить специфический механизм формирования определенной части пор. А именно, часть пор в медной матрице, внутри которых находятся частицы вольфрама, формируются в результате упругой деформации последних в процессе холодного прессования с последующим эффектом упругого последействия при снятии внешней нагрузки с материала. Наличие крупных незаполненных пор в структуре материала состава Сu—20% (мас.) W при R(Cu)/R(W) = 10 является существенным фактором, который следует учитывать при создании материалов с заданными свойствами и изучении их поведения при спекании. Показано, что структура гетерогенного холоднопрессованного материала Сu—20% (мас.) W имеет изотропный характер вне зависимости от величины соотношения размеров частиц матрица/включение R(Cu)/R(W), а увеличение этого соотношения приводит к повышению прочности материала. Величина модуля упругости коррелирует с величиной удельного электросопротивления материала. Рекомендуемое соотношение размеров частиц матрица/включение в исследованном гетерогенном материале составляет R(Cu)/R(W) = 10, что позволит увеличить эффективность применения изделий при действии кумулятивного заряда. 1. Сердюк Г. Г., Епифанцева Т. А., Державец Л. И. Применение порошкового материала для нефтяных и газовых скважин // Порошковая металлургия. — 1990. — № 4. — С. 38—42. 2. Скороход В. В. Теория физических свойств пористых и композиционных материалов и принципы управления их микроструктурой в технологических процессах // Там же. — 1995. — № 1/2. — С. 69—75. 3. Епифанцева Т. А., Мартюхин И. Д., Михайлов О. В., Сердюк Г. Г. Влияние схемы уплотнения на распределение свойств материала облицовок кумулятивных зарядов при их формовании из гетерогенной порошковой композиции // Там же. — 2000. — № 7/8. — С. 78—83. 4. Сердюк Г. Г., Епифанцева Т. А., Державец Л. И. Влияние структурных характеристик материала порошковой облицовки на эффективность их использования // Труды конференции. — К.: Мин. маш., 1989. — С. 53—56. 5. Порошковая металлургия материалов специального назначения / Под ред. В. Барка и В. Вейса (пер. с англ.). — М.: Металлургия, 1977. 6. Епифанцева Т. А., Подрезов Ю. Н., Вербило Д. Г. и др. Влияние жесткого компонента из вольфрамового сплава на процесс формования смесей на основе медного порошка и свойства гетерогенных неспеченных прессовок // Порошковая металлургия. — 2006. — № 11/12. — С. 43—50. 7. Microamalyre et Microscopil Electronigue a Balayage: Ecole d’Ete de St-Martin-d’Heres 11—16. Septembe, London, 1978. — 406 р. 8. Балтер М. А., Любченко А. П., Аксенова С. И. и др. Фрактография — средство диагностики разрушенных деталей. — М.: Машиностроение, 1987. — 157 с. 9. Берштейн М. Л. Фрактография и атлас фрактограмм: (Справ.) / Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1982. — 488 с. 138 10. Затовский В. Г., Минакова Р. В., Варченко В. Т. и др. Исследование триботехнических и электроконтактных свойств легированной молибденом оловянистой бронзы // Электрические контакты и электроды. — К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 2008. — С. 138—150. 11. Скороход В. В. Методы расчета физических свойств двухфазных спеченных сплавов с учетом их структуры // Тр. IV Международ. конф. по порошковой металлургии. — Карловы Вары, 1970. — С. 29—41. 12. Штерн М. Б., Рудь В. Д. Механічні та комп’ютерні моделі консолідації гранульованих середовищ на основі порошків металів і кераміки при деформуванні та спіканні._ — Луцьк, 2010. — С. 78—79 (230 с.). Вплив співвідношення розміру частинок компонентів суміші на структуру гетерогенного матеріалу Cu—20% (мас.) W Т. О. Єпіфанцева, О. Ю. Коваль, В. В. Скороход, М. Б. Штерн Вивчено процеси формування порошкових композицій мідь—вольфрам для одержання оптимальних з точки зору практичного використання фізико-механічних властивостей неспечених пресовок. Виявлено вплив співвідношення розмірів частинок матриця/вкраплення R(Cu)/R(W) при фіксованому вмісті вольфраму у суміші на структуру та фізико-механічні властивості холоднопресованих матеріалів Cu— 20% (мас.) W. Фрактографічні дослідження дозволили встановити характерний для даної композиції механізм формування пористості, при якому певна частина пор утворюється за рахунок пружної деформації частинок вольфраму в процесі холодного пресування. Показано, що структура гетерогенного холоднопресованого матеріалу Cu—20% (мас.) W має ізотропний характер незалежно від значень співвідношення розмірів частинок матриця/вкраплення R(Cu)/R(W), при чому міцність матеріалу із зростанням цього співвідношення збільшується. Значення модуля пружності корелюють із величиною питомого електроопору. Рекомендоване співвідношення розмірів частинок матриця/ вкраплення в досліджених гетерогенних матеріалах складає R(Cu)/R(W) = 10, що дозволяє збільшити ефективніть використання виробів у якості елементів кумулятивного заряду. Ключові слова: гетерогенний матеріал, неспечена пресовка, міцність, структура, пластична матриця. Influence of powder mixture components particle size ratio on cold-pressed Cu—20% (wt) W materials structure Т. A. Epifanceva, A. Yu. Koval, V. V. Skorohod, M. B. Shtern Processes of structure formation of copper-tungsten powder compositions has been studied from the standpoint of physical-mechanical properties optimization for practical application. Influence of powder particle size ratio of matrix and inclusions components R(Cu)/R(W) at fixed tungsten content in the starting mixture on structure and physical- mechanical properties of cold-pressed Cu—20% (wt) W materials. Characteristic porosity formation mechanism for the investigated materials has been established showing that the porosity is partly formed due to tungsten particles elastic deformation during cold pressing. It has been shown that Cu—20% (wt) W cold pressed material structure is isotropic independent of R(Cu)/R(W) ratio values. Moreover, the strength of the material with the increase of this ratio is also increasing. Elastic modulus correlates with the specific resistance of the materials. The R(Cu)/R(W) = 10 value is recommended for the investigated cold-pressed material for the highest efficiency of its use for cumulative charge components production. Keywords: heterogeneous material, unsintered compact, strength, structure, plastic matrix.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63541
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	XXXX-0048
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:41:21Z
publishDate	2012
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
record_format	dspace
spelling	Епифанцева, Т.А. Коваль, А.Ю. Скороход, В.В. Штерн, М.Б. 2014-06-03T14:37:30Z 2014-06-03T14:37:30Z 2012 Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W / Т.А. Епифанцева, А.Ю. Коваль, В.В. Скороход, М.Б. Штерн // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 127-138. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. XXXX-0048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63541 621.762 Изучены процессы формирования порошковых медно-вольфрамовых композиций для получения оптимальных с точки зрения практического применения физико-механических свойств неспеченных прессовок. Вивчено процеси формування порошкових композицій мідь—вольфрам для одержання оптимальних з точки зору практичного використання фізико-механічних властивостей неспечених пресовок. Processes of structure formation of copper-tungsten powder compositions has been studied from the standpoint of physical-mechanical properties optimization for practical application. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электронная микроскопия и прочность материалов Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W Вплив співвідношення розміру частинок компонентів суміші на структуру гетерогенного матеріалу Cu—20% (мас.) W Influence of powder mixture components particle size ratio on cold-pressed Cu—20% (wt) W materials structure Article published earlier
spellingShingle	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W Епифанцева, Т.А. Коваль, А.Ю. Скороход, В.В. Штерн, М.Б.
title	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W
title_alt	Вплив співвідношення розміру частинок компонентів суміші на структуру гетерогенного матеріалу Cu—20% (мас.) W Influence of powder mixture components particle size ratio on cold-pressed Cu—20% (wt) W materials structure
title_full	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W
title_fullStr	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W
title_full_unstemmed	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W
title_short	Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W
title_sort	влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала сu—20% (мас.) w
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63541
work_keys_str_mv	AT epifancevata vliâniesootnošeniârazmerovčastickomponentovsmesinastrukturuisvoistvapressovokgeterogennogomaterialasu20masw AT kovalʹaû vliâniesootnošeniârazmerovčastickomponentovsmesinastrukturuisvoistvapressovokgeterogennogomaterialasu20masw AT skorohodvv vliâniesootnošeniârazmerovčastickomponentovsmesinastrukturuisvoistvapressovokgeterogennogomaterialasu20masw AT šternmb vliâniesootnošeniârazmerovčastickomponentovsmesinastrukturuisvoistvapressovokgeterogennogomaterialasu20masw AT epifancevata vplivspívvídnošennârozmíručastinokkomponentívsumíšínastrukturugeterogennogomateríalucu20masw AT kovalʹaû vplivspívvídnošennârozmíručastinokkomponentívsumíšínastrukturugeterogennogomateríalucu20masw AT skorohodvv vplivspívvídnošennârozmíručastinokkomponentívsumíšínastrukturugeterogennogomateríalucu20masw AT šternmb vplivspívvídnošennârozmíručastinokkomponentívsumíšínastrukturugeterogennogomateríalucu20masw AT epifancevata influenceofpowdermixturecomponentsparticlesizeratiooncoldpressedcu20wtwmaterialsstructure AT kovalʹaû influenceofpowdermixturecomponentsparticlesizeratiooncoldpressedcu20wtwmaterialsstructure AT skorohodvv influenceofpowdermixturecomponentsparticlesizeratiooncoldpressedcu20wtwmaterialsstructure AT šternmb influenceofpowdermixturecomponentsparticlesizeratiooncoldpressedcu20wtwmaterialsstructure

Влияние соотношения размеров частиц компонентов смеси на структуру и свойства прессовок гетерогенного материала Сu—20% (мас.) W

Institution

Similar Items