Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди

Изучено влияние температуры уплотнения порошка меди ПМС-1 при ударном нагружении в вакууме на плотн°Сть, структуру и механические свойства образцов. Уплотняли предварительно спрессованные из порошка брикеты с относительной плотностью ∼58% в диапазоне температур 25—1050 °С. Свойства определяли на выр...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Лаптев, А.В., Толочин, А.И., Хоменко, Е.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2012
Schriftenreihe:	Электрические контакты и электроды
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63595
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди / А.В. Лаптев, А.И. Толочин, Е.В. Хоменко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63595
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-635952025-02-09T10:04:15Z Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди Лаптев, А.В. Толочин, А.И. Хоменко, Е.В. Изучено влияние температуры уплотнения порошка меди ПМС-1 при ударном нагружении в вакууме на плотн°Сть, структуру и механические свойства образцов. Уплотняли предварительно спрессованные из порошка брикеты с относительной плотностью ∼58% в диапазоне температур 25—1050 °С. Свойства определяли на вырезанных из цилиндрической прессовки прямоугольных штабиках. Для сравнения механических свойств аналогичные штабики были изготовлены из промышленной листовой меди. Установлено, что при ударном уплотнении порошковых заготовок массой 45 г с энергией 8 кДж плотность на уровне 97% достигается при комнатной температуре. Пористость образцов, спрессо-ванных в диапазоне температур 250—450 °С, составляет 1%, при 650—750 °С — 0,2% и практически плотные образцы получаются при температуре 850 °С. Максимальная прочность при растяжении 430 МПа наблюдается у образцов, уплотненных при 450 °С, и она выше прочности обычной меди, равной 340 МПа. Структура порошковых образцов с максимальной прочностью наиболее мелкозернистая, а поперечная пластическая деформация ψ этих образцов равна 40%. Образцы, уплотненные при 650 °С, имеют прочность 305 МПа и сужение 70%. Повышение температуры уплотнения до 1050 °С приводит к падению прочности до 230 МПа и увеличению пластичности ψ до 74%. Наибольшие значения твердости — 1360 МПа и предела текучести при сжатии — 550 МПа наблюдаются на образцах, спрессованных при температурах 250 и 450 °С соответственно. 2012 Article Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди / А.В. Лаптев, А.И. Толочин, Е.В. Хоменко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. XXXX-0085 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63595 621.762.4.043 ru Электрические контакты и электроды application/pdf Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Изучено влияние температуры уплотнения порошка меди ПМС-1 при ударном нагружении в вакууме на плотн°Сть, структуру и механические свойства образцов. Уплотняли предварительно спрессованные из порошка брикеты с относительной плотностью ∼58% в диапазоне температур 25—1050 °С. Свойства определяли на вырезанных из цилиндрической прессовки прямоугольных штабиках. Для сравнения механических свойств аналогичные штабики были изготовлены из промышленной листовой меди. Установлено, что при ударном уплотнении порошковых заготовок массой 45 г с энергией 8 кДж плотность на уровне 97% достигается при комнатной температуре. Пористость образцов, спрессо-ванных в диапазоне температур 250—450 °С, составляет 1%, при 650—750 °С — 0,2% и практически плотные образцы получаются при температуре 850 °С. Максимальная прочность при растяжении 430 МПа наблюдается у образцов, уплотненных при 450 °С, и она выше прочности обычной меди, равной 340 МПа. Структура порошковых образцов с максимальной прочностью наиболее мелкозернистая, а поперечная пластическая деформация ψ этих образцов равна 40%. Образцы, уплотненные при 650 °С, имеют прочность 305 МПа и сужение 70%. Повышение температуры уплотнения до 1050 °С приводит к падению прочности до 230 МПа и увеличению пластичности ψ до 74%. Наибольшие значения твердости — 1360 МПа и предела текучести при сжатии — 550 МПа наблюдаются на образцах, спрессованных при температурах 250 и 450 °С соответственно.
format	Article
author	Лаптев, А.В. Толочин, А.И. Хоменко, Е.В.
spellingShingle	Лаптев, А.В. Толочин, А.И. Хоменко, Е.В. Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди Электрические контакты и электроды
author_facet	Лаптев, А.В. Толочин, А.И. Хоменко, Е.В.
author_sort	Лаптев, А.В.
title	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
title_short	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
title_full	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
title_fullStr	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
title_full_unstemmed	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
title_sort	влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2012
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63595
citation_txt	Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди / А.В. Лаптев, А.И. Толочин, Е.В. Хоменко // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Электрические контакты и электроды
work_keys_str_mv	AT laptevav vliânietemperaturyudarnogopressovaniâvvakuumenaplotnostʹstrukturuisvojstvaporoškovojmedi AT toločinai vliânietemperaturyudarnogopressovaniâvvakuumenaplotnostʹstrukturuisvojstvaporoškovojmedi AT homenkoev vliânietemperaturyudarnogopressovaniâvvakuumenaplotnostʹstrukturuisvojstvaporoškovojmedi
first_indexed	2025-11-25T17:33:35Z
last_indexed	2025-11-25T17:33:35Z
_version_	1849784555910725632
fulltext	УДК 621.762.4.043 Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди А. В. Лаптев, А. И. Толочин, Е. В. Хоменко Институт проблем материаловедения им. И. М. Францевича НАН Украины, Киев Изучено влияние температуры уплотнения порошка меди ПМС-1 при ударном нагружении в вакууме на плотность, структуру и механические свойства образцов. Уплотняли предварительно спрессованные из порошка брикеты с относительной плотностью ∼58% в диапазоне температур 25—1050 оС. Свойства определяли на вырезанных из цилиндрической прессовки прямоугольных штабиках. Для сравнения механических свойств аналогичные штабики были изготовлены из промышленной листовой меди. Установлено, что при ударном уплотнении порошковых заготовок массой 45 г с энергией 8 кДж плотность на уровне 97% достигается при комнатной температуре. Пористость образцов, спрессо- ванных в диапазоне температур 250—450 оС, составляет 1%, при 650—750 оС — 0,2% и практически плотные образцы получаются при температуре 850 оС. Максимальная прочность при растяжении 430 МПа наблюдается у образцов, уплотненных при 450 оС, и она выше прочности обычной меди, равной 340 МПа. Структура порошковых образцов с максимальной прочностью наиболее мелкозернистая, а поперечная пластическая деформация ψ этих образцов равна 40%. Образцы, уплотненные при 650 оС, имеют прочность 305 МПа и сужение 70%. Повышение температуры уплотнения до 1050 оС приводит к падению прочности до 230 МПа и увеличению пластичности ψ до 74%. Наибольшие значения твердости — 1360 МПа и предела текучести при сжатии — 550 МПа наблюдаются на образцах, спрессованных при температурах 250 и 450 оС соответственно. Ключевые слова: медный порошок, ударное прессование, структура, свойства. Введение Медь является основой большого количества разнообразных композиционных материалов электротехнического назначения, где в качестве второй фазы используются тугоплавкие и твердые материалы, такие как вольфрам, молибден, хром, карбиды, нитриды, оксиды и др. [1]. Как правило, количество упрочняющей фазы не превышает по объему половины состава материала, и поэтому медная фаза является матрицей композита и от ее свойств существенным образом зависят свойства композита в целом. Одним из направлений повышения эксплуатационных свойств разных композитов, в том числе и на основе меди, является создание в материале наиболее мелкозернистой структуры. Получение такой структуры, в частности, достигается использованием пониженных температур спекания порошковых заготовок и обработки их давлением. В то же время неизученным пока остается вопрос о возможной степени снижения температуры уплотнения порошка меди, при которой обеспечивается схватывание между частицами и должный уровень прочности и пластичности. Ответ на этот вопрос представляется важным не только для чисто медных образцов, но и для медно-матричных композитов, в которых границы между медными частицами занимают еще достаточно большую долю из всех имеющихся границ. Методика эксперимента Для исследования влияния температуры ударного уплотнения на плотность, структуру и свойства образцов взята стандартная порошковая медь марки ПМС-1 (рис. 1). Порошок предварительно уплотняли при комнатной температуре давлением 100 МПа. Относительная плотность цилиндрических заготовок составляет 57—58% от плотности компактной меди. Полученные заготовки загружали в вакуумную камеру с давлением 0,013 Па, нагревали до заданной температуры, выдерживали и уплотняли ударным способом с энергией 8 кДж. Уплотнение осуществляли при температурах 25, 250, 450, 650, 750, 850, 950 и 1050 оС после изотермической выдержки в течение 20 мин. Проводили контрольное свободное спекание образцов в вакууме при температурах 850 и 1050 оС в течение 20 мин с целью определения пористости заготовок перед ударным прессованием. Установлено, что плотность образцов в первом случае увеличилась до 71%, а во втором — до 84%. Спрессованные при разных температурах образцы в виде плоских дисков ∅26—27 мм и высотой 9—10 мм разрезали электроискровым способом на балочки (прямоугольные штабики) для исследования структуры и проведения механических испытаний. На шлифованных штабиках измеряли плотность и удельное электросопротивление. Кроме того, определяли механические свойства штабиков: прочность при изгибе (размеры образца 4×4×25 мм, база 20 мм) и сжатии (4×4×8 мм), предел прочности и относительную пластическую деформацию при растяжении, твердость по Бринеллю. Плотность измеряли гидростатическим методом. Удельное электросопротивление определяли, измеряя падение напряжения на образце и на эталонном сопротивлении. Структуру образцов исследовали на полированной поверхности при помощи электронных сканирующих микроскопов Superprobe-733 и Hitachi TM1000. С использованием этих же микроскопов выполняли фрактографический анализ образцов. Следует отметить также, что для сравнения структуры и механических свойств были подготовлены образцы аналогичных размеров из промышленной листовой меди М1 толщиной 6 мм. а б Рис. 1. Порошок меди ПМС-1: а — х100; б — х2000. Результаты эксперимента и их обсуждение Результаты определения плотности, удельного электросопротивления от температуры ударного уплотнения представлены на рис. 2. Как видно на рисунке, ударное прессование пористых заготовок при комнатной температуре приводит к относительной плотности более 97%. Уплотнение образцов при температурах 250—450 оС увеличивает плотность до 99%, а при 850 оС образцы получаются практически плотными, поскольку значения плотности на этих образцах совпадают со значениями плотности на образцах из листовой (промышленной) меди. Удельное электросопротивление на образцах, спрессованных при температуре 250 оС, достаточно низкое и равно 2,26 мкОм·см, а при температурах уплотнения 850—1050 оС оно составляет 1,82—1,81 мкОм·см, в то время как измерение на образцах промышленной меди показало значения 1,76—1,78 мкОм·см, то есть почти справочную величину. Следовательно, отличие значений удельного электросопротивления порошковой меди от обычной промышленной составляет 2%. Данное отличие можно считать незначительным и полагать, что при таком электросопротивлении образцы должны иметь хорошие границы между частицами. Косвенной характеристикой качества границ в порошковых образцах являются их механические свойства. Вначале были проведены испытания образцов на изгиб (рис. 3, а), поскольку порошковые материалы часто обладают повышенной хрупкостью и оценка их свойств часто ограничивается испытаниями на изгиб. В данном случае хрупкими оказались образцы, спрессованные при температурах 25 и 250 оС, хотя в последнем случае прочность при изгибе оказалась сравнительно высокой — 432 МПа. Остальные образцы проявили пластичность при изгибе и по достижении прогиба 2—3 мм приложение нагрузки к образцам прекращалось. Поэтому приведенные на графике напряжения изгиба требуют некоторой корректировки с учетом приведения их к одинаковой величине прогиба. Важная информация следует из результатов испытания образцов на растяжение (рис. 3, б). По представленным данным, максимальная прочность при растяжении наблюдается у образцов, спрессованных при достаточно низкой температуре — 450 оС. При этом пористость образцов находится на уровне 1%. 8,65 8,7 8,75 8,8 8,85 8,9 8,95 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 200 400 600 800 1000 T γ 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 а T, °C , г /с м ^3 Плотность Пористость , °C ρ, м кО м с м Рис. 2. Плотность (пористость) (а) и удельное электросопротивление (б) порош- ковых образцов меди в зависимости от температуры ударного уплотнения. 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 T, °C σ г, М П а из Предел прочности Предел текучестии (0,2%) Предел текучести (0,01%) 0 100 200 300 400 500 400 500 600 700 800 900 1000 1100 T, °C σ В, М П а Предел прочности Предел текучести (0,2%) Предел текучести (0,01%) Рис. 3. Напряжения при изгибе (а) и предел прочности при растяжении (б) порошковых образцов меди в зависимости от температуры ударного прессования в вакууме: ♦, □, ∆ — пределы прочности, текучести (0,2%) и текучести (0,01%) соответственно. При повышении температуры ударного уплотнения пористость исчезает, а прочность уменьшается почти вдвое. Из этого следует, что незначительная пористость медных образцов не является критичной и что прочная связь между частицами образуется при ударном уплотнении и сравнительно низкой температуре. При этом необходимо обратить внимание на то, что процесс уплотнения длится тысячные доли секунды и за это время образуется качественная связь между частицами, не уступающая связи между зернами в обычной меди. Предел прочности при растяжении промышленной меди в тех же условиях составил 344 и 334 МПа. Из сравнения полученных данных по прочности порошковой и обычной меди следует, что прочность порошковой меди может быть выше прочности промышленной меди. Однако необходимо учитывать, что предел прочности является условной величиной, поскольку он равен отношению разрушающей нагрузки к начальному сечению образцов. В действительности, при растяжении образца поперечное сечение уменьшается и истинное напряжение, при котором разрушается образец, увеличивается. Поэтому важно знать истинное напряжение при разрушении образца. Его легко определить, зная относительное уменьшение площади поперечного сечения образца при растяжении (сужение) ψ. Истинное разрушающее напряжение σист = σ/(1 – ψ), где σ — условное напряжение в момент разрушения. Изменение сужения и истинного напряжения при растяжении образцов, полученных при разных температурах, представлено на рис. 4. Для сравнения отметим, что сужение для двух образцов промышленной меди составило 33 и 54%, а разрушающее напряжение — 345 и 471 МПа соответственно. Таким образом, порошковые образцы меди, уплотненные ударным методом в вакууме при температуре 450 оС, имеют более высокое напряжение разру- шения, чем прокатанная промышленная медь. А повышение температуры уплотнения до 650—850 оС приводит к росту истинной прочности до 600—650 МПа. б ρ, м кО м· см γ, г /с м3 0 Т, оС Т, оС а б σ из г, М П а σ , М П а в Т, оС Т, оС 0 10 20 30 40 50 60 70 80 400 500 600 700 0 200 400 600 800 1000 1200 400 500 600 700800 T, 900 1000 1100 °C ψ , % 800 T, °C 900 1000 1100 σ ис т, М П а Рис. 4. Изменение сужения (а) и истинного напряжения (б) порошковых образцов меди в зависимости от температуры ударного уплотнения. Необходимо также отметить и высокий уровень сужения в порошковой меди, спрессованной при температурах 650—1050 оС. Сужение в порошковых образцах выше такового в листовой меди и незначительно выше значения, приведенного в справочнике [2] (69%). Еще одна принципиальная характеристика пластичных металлов — условный предел текучести (при остаточной относительной деформации 0,2%). Для деформированной меди, по справочнику [2], он соответствует 287 МПа, для образцов из листовой меди — 70 МПа, для большинства порошковых образцов меди предел текучести составляет 155—175 МПа, а для образца, спрессованного при температуре 450 оС, он наиболее высокий — 326 МПа. Интерес вызывает также твердость порошковой меди и предел текучести при сжатии (рис. 5). Данные характеристики менее “чувствительны” к пористости и качеству границ. Поэтому эти свойства имеют максимальные значения при самых низких температурах уплотнения, включая и комнатную температуру. Твердость образцов из листовой промышленной меди составила 580 и 610 МПа, твердость по справочнику [2] — 870 МПа для деформированной меди, а твердость порошковой меди, полученной при низких температурах, в 1,5—2 раза выше приведенных значений (рис. 5, а). Предел текучести при сжатии порошковой меди, полученной при низких температурах, также значительно выше (в 2—3 раза) такового листовой меди, которую испытывали для сравнения. В результате анализа механических свойств образцов порошковой меди и сравнения их со свойствами меди, полученной традиционным металлургическим методом, возникают два принципиальных вопроса. Во-первых, что влияет на изменение, а точнее снижение прочности образцов с увеличением температуры уплотнения, во-вторых, в чем причина появления более высокой прочности в порошковых образцах по сравнению со свойствами промышленной меди. Ответы на эти вопросы можно найти при рассмотрении структуры образцов порошковой меди после ударного уплотнения при разных температурах, а также структуры образцов обычной меди. В первую очередь была исследована плоская полированная поверхность (рис. 6). На приведенных фотографиях видно, что медь, спрессованная при 450 оС, является чрезвычайно мелкозернистой. Повышение температуры уплотнения до 650 оС приводит к заметному укрупнению структуры. При этом структура подобна структуре обычной меди, но только элементы структуры являются более мелкими. В случае уплотнения медного порошка при температуре 1050 оС структура образцов становится весьма крупнозернистой и даже более крупной, чем структура листовой меди. 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 200 400 600 800 1000 T, °C H B , М П а 0 100 200 300 400 500 0 200 400 600 800 1000 T, °C σ 0, 2, М П а Рис. 5. Зависимость твердости (а) и предела текучести при сжатии (б) от температуры ударного уплотнения в вакууме. а б Т, оС Т, оС а б Н В, М П А σ 0 ,2 , М П А 0 Т, оС Т, оС а б в г Рис. 6. Фотографии полированной поверхности образцов порошковой меди, полученных ударным уплотнением при температурах 450 (а), 650 (б) и 1050 оС (в), а также образца из листовой меди (г). а б в г Рис. 7. Поверхность разрушения образцов порошковой меди, полученных ударным уплотнением при температурах 450 (а), 650 (б) и 1050 оС (в), а также образца из листовой меди (г). Следовательно, ответом на первый вопрос является, как и следовало ожидать, существенное влияние структуры образцов на прочность при растяжении, которая значительно укрупняется при повышении температуры ударного уплотнения. Эта же причина является ответом и на второй вопрос. Подтверждает значительное влияние структуры на свойства образцов также фрактографический анализ структуры исследуемых и сравниваемых образцов. На рис. 7 показана поверхность разрушения образцов порошковой меди, уплотненных при разных температурах, и листовой меди. Приведенные фотографии поверхности разрушения также свидетельствуют об укрупнении структуры образцов с повышением температуры уплотнения, поскольку при ямочном изломе на всех исследуемых образцах размеры ямок увеличиваются с возрастанием температуры ударного уплотнения. Выводы При ударном горячем уплотнении в вакууме порошка меди качественное взаимодействие между частицами за тысячные доли секунды происходит при температуре 450 оС. При данной температуре уплотнения образцы имеют прочность, соизмеримую с прочностью промышленной меди, а твердость и предел текучести более высокие. Высокий уровень пластичности проявляется на образцах, уплотненных ударным способом при температуре 650 оС и более. Варьируя температуру ударного прессования, можно управлять зернистостью образцов и в результате их механическими свойствами. 1. Францевич И. Н. Металлокерамические материалы в электротехнике // Современные проблемы порошковой металлургии / Под ред. И. М. Федорченко. — К.: Наук. думка, 1970. — С. 190—205. 2. Физико-химические свойства элементов: (Справ.) / Под ред. Г. В. Самсонова. — К.: Наук. думка, 1965. — 808 с.

Влияние температуры ударного прессования в вакууме на плотность, структуру и свойства порошковой меди

Institution

Ähnliche Einträge