Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов

Приведены результаты исследования механических свойств прессовок металлических порошков, испытанных на диаметральное сжатие и четырехточечный изгиб. Установлена линейная зависимость между прочностью прессовки и усилием прессования во всем диапазоне давлений. Существование такой связи объяснено в рам...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика и техника высоких давлений
Дата:	2014
Автори:	Подрезов, Ю.Н., Вербило, Д.Г., Евич, Я.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2014
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69694
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов / Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 98-109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860025371055882240
author	Подрезов, Ю.Н. Вербило, Д.Г. Евич, Я.И.
author_facet	Подрезов, Ю.Н. Вербило, Д.Г. Евич, Я.И.
citation_txt	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов / Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 98-109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физика и техника высоких давлений
description	Приведены результаты исследования механических свойств прессовок металлических порошков, испытанных на диаметральное сжатие и четырехточечный изгиб. Установлена линейная зависимость между прочностью прессовки и усилием прессования во всем диапазоне давлений. Существование такой связи объяснено в рамках модели индентирования, где приложенное усилие пропорционально площади контактного пятна. Совершенство контакта обеспечивается большими сдвиговыми деформациями в приконтактной зоне. Показано, что использование специальных схем уплотнения (разновалковая прокатка) активизирует сдвиговую деформацию и, как следствие, значительно увеличивает сырую прочность прессовок. Наведено результати дослідження механічних властивостей пресовок металевих порошків, випробуваних на діаметральне стиснення й чотириточковий згин. Встановлено лінійну залежність між міцністю пресовки й зусиллям пресування у всьому діапазоні тисків. Існування такого зв‘язку пояснено в рамках моделі індентування, де прикладене зусилля пропорціонально площі контактної плями. Досконалість контакта забезпечується великими зсувними деформаціями в приконтактній зоні. Показано, що використання спеціальних схем ущільнення (різновалкова прокатка) значно активізує зсувну деформацію і, як наслідок, значно збільшує сиру міцність пресовок. Mechanical properties of compacted metallic powders have been investigated using diametric compression and four-bending test. Experiments have shown that the strength of compacts, determined by the results of the Brazil test, is higher as compared with the data obtained from four-point bending. The paper proposes to use a four-point bending as the basic test for compacts. Besides information about raw strength of compacts, this test method allows obtaining additional information on the elastic modulus, tensile yield point and the amount of deformation before fracture in the case of testing of metallic compacts. For compacts based on titanium metal tested by four-point bending, the linear relation between the strength of the compact and the stress of compacting was established in the whole pressure range. The existence of such relation can be explained in the framework of indentation model, that uses applied force proportional to the square of contact. The accuracy of contact is controlled by high shear deformations in the near-contact zone. It is shown that the use of special packing schemes (rolling with rollers of different diameters) allows to promote shear deformation, and to increase the strength of the compacted materials.
first_indexed	2025-12-07T16:49:36Z
format	Article
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 © Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, Я.И. Евич, 2014 PACS: 81.40.Vw Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, Я.И. Евич РОЛЬ СДВИГОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОНСОЛИДАЦИИ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03142, Украина Статья поступила в редакцию 11 ноября 2013 года Приведены результаты исследования механических свойств прессовок металли- ческих порошков, испытанных на диаметральное сжатие и четырехточечный изгиб. Установлена линейная зависимость между прочностью прессовки и усили- ем прессования во всем диапазоне давлений. Существование такой связи объяс- нено в рамках модели индентирования, где приложенное усилие пропорционально площади контактного пятна. Совершенство контакта обеспечивается больши- ми сдвиговыми деформациями в приконтактной зоне. Показано, что использова- ние специальных схем уплотнения (разновалковая прокатка) активизирует сдви- говую деформацию и, как следствие, значительно увеличивает сырую прочность прессовок. Ключевые слова: сдвиговая деформация, давление прессования, механические свойства, прессовки, металлические порошки Наведено результати дослідження механічних властивостей пресовок металевих порошків, випробуваних на діаметральне стиснення й чотириточковий згин. Встановлено лінійну залежність між міцністю пресовки й зусиллям пресування у всьому діапазоні тисків. Існування такого зв‘язку пояснено в рамках моделі інден- тування, де прикладене зусилля пропорціонально площі контактної плями. Доско- налість контакта забезпечується великими зсувними деформаціями в прикон- тактній зоні. Показано, що використання спеціальних схем ущільнення (різновал- кова прокатка) значно активізує зсувну деформацію і, як наслідок, значно збільшує сиру міцність пресовок. Ключові слова: зсувна деформація, тиск пресування, механічні властивості, пре- совки, металеві порошки Введение Вопрос контактообразования является одним из ключевых моментов соз- дания качественных материалов и изделий порошковой металлургии. Важ- ная составляющая решения этой общей задачи – исследование законов кон- тактообразования на начальной стадии получения порошкового материала Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 99 для изготовления качественных прессовок в результате низкотемпературно- го уплотнения. Теоретический аспект решения данной проблемы предпола- гает создание физической теории контактообразования, а прикладной – раз- работку современных технологий «холодного прессования», позволяющих получать качественные прессовки. Ввиду важности этой проблемы к настоящему моменту написано боль- шое количество работ, посвященных анализу закономерностей формирова- ния сырой прочности и установлению связи между технологическими пара- метрами уплотнения и свойствами прессовок [1–10]. Следует, однако, отме- тить, что большинство моделей носят феноменологический характер, а предлагаемые аналитические зависимости получены путем аппроксимации экспериментальных данных. В этом ряду позитивно выделяется ряд работ украинских ученых [2–7], где анализируются механизмы структурообразо- вания и предлагаются конкретные технологические решения улучшения ка- чества контактов прессовок. Это прежде всего относится к циклу работ, вы- полненному в научных школах Я.Е. Бейгельзимера и М.Б. Штерна [2–4], в которых обращается внимание на важную роль сдвиговых деформаций в процессе контактообразования и предлагается в качестве технологической схемы уплотнения использовать винтовую экструзию. Идеи, изложенные в этих статьях, приближают к пониманию физических явлений, ответствен- ных за контактообразование. В предлагаемой работе предпринята попытка продвинуться в понимании данного вопроса на основании анализа влияния технологических параметров на прочность неспеченных заготовок пластич- ных металлических порошков. Методика эксперимента Поскольку в работе речь пойдет о прочности сырой прессовки, следует сказать несколько слов о технике эксперимента для определения этой харак- теристики. Учитывая малую технологичность неспеченных заготовок и сложности изготовления из них стандартных образцов для механических испытаний, исследователи обычно используют для определения сырой прочности бразилийский тест [11–13]. Образец в виде цилиндра (спрессо- ванной таблетки) укладывается на ребро и испытывается на сжатие до мо- мента образования вертикальной трещины. Такая схема широко использует- ся для исследования свойств грунтов и хрупких керамик, особенно для изде- лий малых размеров. Естественно, что вертикальная трещина в таблетке раз- вивается вследствие действия растягивающих напряжений, возникающих в поперечном сечении таблетки и зависящих от коэффициента Пуассона. В случае металлических порошковых материалов использование такой мето- дики проблематично по двум причинам. Во-первых, при испытании на сжа- тие металлов существует опасность, что в минимальном сечении образца начнется смятие его торцевых поверхностей. Во-вторых, ввиду того, что в пористых телах коэффициент Пуассона очень сильно зависит от пористости, а в высокопористых состояниях он приближается к нулю, значительно ус- Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 100 ложняется анализ влияния пористости (или усилия прессования) на проч- ность прессовок. Исходя из вышесказанного, для определения прочности прессовок предлагаем проводить испытания на четырехточечный изгиб [14]. Это наиболее распространенная схема аттестации хрупких керамических и ма- лопластичных металлических материалов. С ее помощью аттестуют мо- дуль упругости Е и разрушающее напряжение σfr. Незначительная дора- ботка программы обработки данных позволяет определять механические характеристики за пределами упругой области: предел упругости σ001, пре- дел текучести σ02, предел прочности σfr и деформацию до разрушения εpl. Сравнительно простая форма образцов (балочки размером 5 × 5 × 45 mm) позволяет достаточно просто аттестовать образцы и проводить сравни- тельный анализ механических свойств прессовок, полученных в разных условиях. Сравнительные эксперименты, выполненные нами в работе [14] на тита- новых прессовках, демонстрируют хорошее воспроизведение результатов и чувствительность к структурным изменениям (рис. 1). Сопоставление величины разрушающего напряжения, определенного по предложенной методике, с данными, полученными при испытаниях на бра- зилийский тест (рис. 2), свидетельствует о том, что в последнем случае прочность оказывается завышенной для плотных состояний примерно в полтора раза, а с увеличением пористости эта разница увеличивается до 10 раз. Завышение абсолютных значений можно связать со смятием таблетки в ходе деформации, а увеличение разницы – со снижением коэффициента Пу- ассона с ростом пористости. По нашему мнению, испытания на изгиб более адекватно характери- зуют прочность прессовок и позволяют не только проводить сравнительный анализ по величине разрушающего напряжения, но сравнивать другие меха- нические характеристики прессовок. Рис. 1. Кривые деформационного уп- рочнения прессовок титана с разной по- ристостью, испытанных на четырехто- чечный изгиб: 1, 1′, 1″ – 10%; 2, 2′, 2″ – 20%; 3, 3′, 3″ – 30%; 4, 4′, 4″ – 40% Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 101 Результаты экспериментов Результаты экспериментов по определению сырой прочности, как прави- ло, обобщаются в виде зависимостей этой величины от плотности (пористо- сти) прессовок или от удельного усилия прессования (отнесенного к едини- це площади прессовки) [1,6–10]. Зависимости сырой прочности от усилия прессования были впервые проанализированы М.Ю. Бальшиным в работе [1]. Аппроксимируя экспериментальные данные, автор показал, что проч- ность прессовок линейно зависит от усилия прессования на начальной ста- дии уплотнения. В то же время было обнаружено, что для плотных состоя- ний линейная зависимость нарушается: экспериментальные значения проч- ности прессовок оказываются меньше. В дальнейшем такие зависимости многократно наблюдались другими авторами. На рис. 3,а приведены дан- ные, полученные на железном порошке разных фракций [7], а на рис. 3,б – а б Рис. 3. Зависимость сырой прочности от давления прессования по данным: а – ра- боты [7]: порошок железа: 1 – фракция +025, 2 – фракция –025 + 016, 3 – фракция –025 + 016, 4 – фракция –016 + 0063; б – работы [6]: ♦ – Nik, ■ – Nik + 40% Nisint, ▲ – Nik + 60% Nisint, × – Nik + 80% Nisint, – Cuel, ● – Niel, + – Мо, - – Cu3Р, ▬ – Fered Рис. 2. Разрушающее напряжение заго- товок порошкового титана, спрессован- ных разным усилием, определенное из испытаний на бразилийский тест (□) и на четырехточечный изгиб (♦) Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 102 на порошках никеля, меди, молибдена и железа [6]. Отметим, что в подав- ляющем большинстве экспериментов результаты получены с помощью бра- зилийского теста, хотя в ряде случаев отдельные исследования проводились на растяжение на образцах сложной формы [9]. К сожалению, сложность эксперимента не позволяла осуществлять систематические исследования этим методом. В работе [14] нами представлены результаты испытания прессовок титана с разной пористостью на четырехточечный изгиб по описанной выше мето- дике. Учитывая информацию о кривой уплотняемости, представленную в [15], эти данные можно дополнить значениями усилия (напряжения) прессо- вания (таблица). Таблица Свойства заготовок из титанового порошка, полученных прессованием, симметричной и асимметричной прокатками σ001 σ02 σfrУсилие прессо- вания, MPa θ, % Е, GPa MPa εpl, % Холодное прессование 800 10 4.9 6.9 15.9 18.3 0.47 400 20 3.3 3.3 8.0 10.6 0.63 200 30 0.79 1.0 2.33 2.55 0.45 100 40 0.31 0.4 0.66 0.67 0.3 Симметричная прокатка – 8 4.5 8.8 12.8 12.9 0.0023 Асимметричная прокатка – 5 44.2 109 – 116 0.0004 Зависимости модуля упругости, предела текучести и предела прочно- сти от усилия прессования представлены на графиках рис. 4 соответст- венно. Обращает на себя внимание, что все исследованные нами механические характеристики (модуль упругости, предел текучести и предел прочности) чувствительны к условиям прессования и демонстрируют зависимости, по- добные представленным на рис. 1. Отметим, что каждый из перечисленных параметров важен для понимания процесса контактообразования и несет оп- ределенную смысловую нагрузку. Зависимость предела текучести от усилия прессования необходима для понимания физических явлений, поскольку вид кривой уплотняемости напрямую связан с законами упрочнения [15]. С практической точки зрения наиболее важно знать величину разрушающего напряжения. К тому же его величина количественно описывает формуе- мость материала [6]. В теории и практике порошковой металлургии модуль Юнга является фундаментальной характеристикой пористых тел в силу его чувствительности к морфологии порового пространства и нечувствительно- сти к структуре твердой фазы [17]. Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 103 а б в Хотя визуально все представленные на рис. 4 зависимости демонстриру- ют сходный характер изменения, следует обратить внимание на некоторые различия, которые наиболее ярко видны при пересчете прочностных свойств в относительные единицы путем нормировки на величину, соответствую- щую свойствам наиболее плотной заготовки (рис. 5). Рис. 4. Зависимость модуля упругости (а), предела текучести (б) и предела прочности (в) от удельного усилия прес- сования заготовок порошкового титана: ⎯ – эксперимент; ---- – расчет, учиты- вающий перераспределение напряжений между образцом и пресс-формой Рис. 5. Зависимость удельных механи- ческих свойств прессовок титана от по- ристости: ● – модуль упругости, ■ – предел текучести, ▲ – предел прочности Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 104 Анализ результатов пересчета показывает, что предел текучести и предел прочности изменяются с изменением усилия прессования примерно по оди- наковому закону, тогда как модуль снижается несколько медленнее. При уп- лотнении прессовок от 40 до 10% предел текучести прессовок понижается в 30 раз, а модуль упругости – примерно в 20 раз. Это различие можно объяс- нить тем, что уплотнение до разной пористости ведет к разной пластической деформации прессовок и, следовательно, разному деформационному упроч- нению твердой фазы. Из кривой упрочнения компактного титана можно за- ключить, что деформационное упрочнение плотных прессовок в 1.5 раза больше, чем пористых [15]. Близость абсолютных значений разрушающего напряжения и предела текучести и, соответственно, сходный характер изме- нения этих параметров при увеличении усилия прессования связаны с тем, что предельная деформация в неспеченных прессовках изменяется в преде- лах 0.3–0.5%. Следовательно, разрушение происходит почти на пределе те- кучести. Обсуждение результатов Среди феноменологических теорий контактообразования наибольшее распространение получили молекулярная, механическая и деформационно- физическая модели. Согласно первой теории формирование контакта связы- вают с возникновением между порошинками сил молекулярного взаимодей- ствия (силы Ван-дер-Ваальса), согласно второй – прочность контактов кон- тролируется механическим зацеплением порошинок. В третьем случае предполагается, что между порошинками возникает физический контакт, например, вследствие больших давлений и деформаций в областях шерохо- ватостей порошинок. Для пластичных материалов вклад сил Ван-дер-Ваальса пренебрежимо мал (он не превышает 0.020 MPa). Влияние сил зацепления целесообразно учитывать лишь в порошках с разветвленной формой частиц (что не имеет места в наших экспериментах). При разработке деформационной концепции контактообразования часто используется аналогия механического взаимодействия между порошинками с процессом индентирования [5]. Эта идея в нашем случае приобретает осо- бый смысл, поскольку главное уравнение теории индентирования устанав- ливает линейную связь между приложенным усилием и площадью контакта. Такое соотношение хорошо коррелирует с соотношением Бальшина для ма- лых и средних пористостей. Более того, линейную связь между усилием прессования и прочностными свойствами прессовок можно получить для всего исследованного диапазона, если учесть перераспределения усилия ме- жду пресс-формой и изделием. Для введения этой поправки мы воспользовались развитыми в работе [15] представлениями о физической природе кривой уплотняемости порошково- го тела, учитывающими деформационное упрочнение твердой фазы. Со- гласно [15] для получения расчетной кривой уплотняемости без учета вкла- Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 105 да трения пресс-формы необходимо знать истинную кривую упрочнения ма- териала основы, степень пластической деформации порошковой прессовки (рассчитывается по величине начальной и конечной пористости) и зависи- мость предела текучести от пористости. Рассчитанные значения использова- ны для построения расчетных зависимостей на рис. 4,а–в (штриховые ли- нии), из которых видно, что введение такой поправки позволяет получить линейную связь между усилием прессования и исследованными механиче- скими характеристиками во всем диапазоне уплотнения. Очевидно, что по- добным же образом эта поправка позволяет спрямить кривые, представлен- ные на графиках рис. 3. Однако, поскольку необходимые параметры упроч- нения для материалов, приведенных на графиках, отсутствуют, строго вне- сти поправку в полученные результаты достаточно сложно. Запишем главное уравнение теории индентирования [18] в виде линейной зависимости между усилием, действующим на индентор, P и квадратом диа- гонали отпечатка d 2 2 HV fK d P = , (1) где HV – твердость; Kf – коэффициент, зависящий от формы индентора (его величина увеличивается с повышением остроты индентора [19]). Из (1) сле- дует, что при одинаковом усилии размер отпечатка тем больше, чем мягче материал и чем острее индентор. Такая же тенденция прослеживается при формировании сырой прочности прессовок. Согласно обобщающим данным, приведенным в монографии К.А. Гогаева и А.К. Радченко [6], при одинако- вом усилии прессования прочность прессовок выше у более мягких мате- риалов. В теории порошковой металлургии неоднократно обсуждалось влияние фактора формы порошинок на сырую прочность прессовок [6]. Как правило, прочность прессовок повышается с увеличением шероховатости исходного порошка. В технологии уплотнения образцов с низкой прессуемостью часто используется операция размола порошинок правильной формы для прида- ния им необходимой шероховатости [6]. Формально влияние фактора формы можно учесть коэффициентом Kf в (1), поскольку при заданном усилии прессования размер контактного пятна будет увеличиваться с повышением остроты контактирующих поверхностей. Следует, однако, отметить, что для создания качественного физического контакта между порошинками важен не только размер контактного пятна, но и концентрация деформации в приконтактной зоне. Согласно теории ин- дентирования величина средней деформации ε на контактной площадке ин- дентор–материал определяется половиной угла при вершине индентора γ1 и может быть рассчитана по формуле [19]: ε = –ln (sin γ1). (2) Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 106 Из графика этой зависимости (рис. 6) видно, что сдвиговая деформация в приконтактной зоне резко увеличивается с повышением остроты индентора, достигая на острых углах величин е ~ 1. Именно концентрация деформации на наиболее заостренных участках порошинок является причиной возникно- вения совершенных контактов. Следует особо обратить внимание на то, что в приповерхностных участках контактирующих поверхностей реализуется деформация сдвига. При вдавливании приповерхностные слои выступов сдвигаются вдоль приповерхностных слоев впадин, реализуя интенсивную сдвиговую деформацию большой величины. В наиболее деформированных участках достигается критическая степень деформации, достаточная для реализации когезии по механизму холодной сварки. Согласно [20] для реа- лизации этого механизма степень деформации в области локализованного сдвига должна превосходить деформацию, необходимую для создания разо- риентированных границ деформационного происхождения, которые активи- зируют ротационный механизм структурообразования в области контактов. Обычно ее величина для разных материалов различна и изменяется в преде- лах е = 0.5–1.0. При обычной схеме уплотнения таких участков достаточно мало, и, хотя в них достигается прочность, сопоставимая с прочностью ком- пактного материала, суммарная прочность сырой прессовки сравнительно мала, о чем свидетельствуют результаты наших экспериментов. Использование специальных схем прессования, основанных на активации сдвиговых схем деформации (разновалковая прокатка), значительно увели- чивает прочность прессовок. Кроме отмеченных ранее данных работ [2–4], обратим внимание на результаты [21], где по методике, описанной выше, нами исследовалась сырая прочность порошковых титановых лент, полу- ченных методами традиционной и асимметричной прокатки. Из данных таб- лицы видно, что при асимметричной прокатке порошка благодаря активиза- ции механизмов сдвиговой деформации в области контактирующих поро- шинок сырая прочность полосы и ее модуль упругости значительно выше, чем у прессовок, полученных по традиционной технологии, и практически на порядок выше, чем у аналогичной заготовки, полученной по технологии симметричной прокатки. Рис. 6. Зависимость деформации ε кон- тактной площадки индентор–материал от половины угла при вершине инден- тора γ1 Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 107 Выводы 1. Для определения прочности металлических порошковых материалов целесообразно использовать испытания на четырехточечный изгиб. Эта схема испытаний позволяет определять модуль упругости прессовки и ме- ханические характеристики за пределами упругой области: предел упруго- сти, предел текучести, предел прочности и деформацию до разрушения. 2. Наблюдаемое отклонение от линейной зависимости прочности прессо- вок от усилия прессования при больших давлениях можно связать с пере- распределением напряжений между образцом и пресс-формой. Учет этого явления в рамках концепции деформационного упрочнения твердой фазы пористого тела позволяет получить линейную зависимость для всей кривой уплотняемости. 3. Существование линейной связи между усилием прессования и прочно- стными характеристиками прессовок объясняется в рамках модели инденти- рования. В этом случае приложенное усилие пропорционально площади контактного пятна, а совершенство контакта обусловлено большими сдвиго- выми деформациями, развиваемыми в приконтактной зоне. 4. Использование специальных схем прессования, основанных на актива- ции сдвиговых схем деформации (разновалковая прокатка) позволяет значи- тельно повысить прочность прессовок. 1. М.Ю. Бальшин, Порошковое металловедение, Металлургиздат, Москва (1948). 2. Я.Е. Бейгельзимер, О.В. Михайлов, А.С. Сынков, М.Б. Штерн, Е. Олевский, ФТВД 18, № 1, 69 (2008). 3. Я.Е. Бейгельзимер, О.В. Михайлов, А.С. Сынков, М.Б. Штерн, ФТВД 18, № 3, 92 (2008). 4. Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков, ФТВД 19, № 3, 120 (2009). 5. В.В. Скороход, В.В. Покропивный, Когезия (адгезия, схватывание, сращивание, соединение, сваривание) межчастичных поверхностей и образование границ зе- рен в процессах спекания, возврата, рекристаллизации, сверхпластичности, трения и разрушения, Препринт 95-2, Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев (1995). 6. К.А. Гогаев, А.К. Радченко, Формование порошковых систем, Ноулидж, Донецк (2011). 7. А.Ф. Жорняк, В.Е. Оликер, Порошковая металлургия № 7, 86 (1978). 8. В.И. Федосеев, Сопротивление материалов, Наука, Москва (1967). 9. В.К. Голубев, К.Г. Рабинович, Проблемы прочности № 6, 134 (1999). 10. I.H. Moon, K.H. Kim, Powder Met. 27, № 2, 80 (1984). 11. А.И. Лурье, Теория упругости, Наука, Москва (1970). 12. В.Т. Головчан, Сверхтвердые материалы № 3, 34 (2009). 13. Ю.Н. Семенов, в кн.: Развитие методов формования изделий из порошков, ИПМ АН УССР, Киев (1976). Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 108 14. Е.М. Борисовская, В.А. Назаренко, Ю.Н. Подрезов, О.С. Коряк, А.В. Вдовичнко, Я.И. Евич, Порошковая металлургия № 9/10, 45 (2008). 15. Е.М. Борисовская, В.А. Назаренко, Ю.Н. Подрезов, О.С. Коряк, В.Ф. Горбань, Я.И. Евич, Порошковая металлургия № 7/8, 43 (2008). 16. С.А. Фирстова, М. Шлесара, Структура и прочность порошковых материалов, Наукова думка, Киев (1993). 17. М.Ю. Бальшин, Научные основы порошковой металлургии и металлургии во- локна, Металлургия, Москва (1972). 18. В.К. Григорович, Твердость и микротвердость металлов, Наука, Москва (1976). 19. Б.А. Галанов, Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова, Сверхтвердые ма- териалы № 3, 25 (1999). 20. Г.В. Арнулис, Совмесная пластичная деформация разных металлов, Металлур- гия, Москва (1985). 21. К.А. Гогаев, В.С. Воропаев, Г.Я. Калуцкий, Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, О.С. Коряк, Порошковая металлургия № 9/10, 11 (2012). Yu.N. Podrezov, D.G. Verbilo, Ya.I. Yevich THE ROLE OF SHEAR DEFORMATION IN CONSOLIDATION OF COMPACTED POWDER MATERIALS Mechanical properties of compacted metallic powders have been investigated using diametric compression and four-bending test. Experiments have shown that the strength of compacts, determined by the results of the Brazil test, is higher as compared with the data obtained from four-point bending. The paper proposes to use a four-point bending as the basic test for compacts. Besides infor- mation about raw strength of compacts, this test method allows obtaining additional in- formation on the elastic modulus, tensile yield point and the amount of deformation be- fore fracture in the case of testing of metallic compacts. For compacts based on titanium metal tested by four-point bending, the linear relation between the strength of the compact and the stress of compacting was established in the whole pressure range. The existence of such relation can be explained in the framework of indentation model, that uses applied force proportional to the square of contact. The accuracy of con- tact is controlled by high shear deformations in the near-contact zone. It is shown that the use of special packing schemes (rolling with rollers of different diameters) allows to promote shear deformation, and to increase the strength of the compacted materials. Keywords: shear deformation, compacting pressure, mechanical properties, compacts, metallic powders Fig. 1. Deformation strengthening of four-point bend tested titanium compacts of differ- ent porosity: 1, 1′, 1″ – 10%; 2, 2′, 2″ – 20%; 3, 3′, 3″ – 30%; 4, 4′, 4″ – 40% Fig. 2. Breaking point of the powder titanium billets pressed with different loading that was evaluated by Brazil test (□) and by four-point bend test (◆) Fig. 3. Compacting pressure dependence of green bond according to the data from: а – paper [7]: iron powder: 1 – fraction +025, 2 – fraction –025 + 016, 3 – fraction –025 + 016, 4 – Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 109 fraction –016 + 0063; б – paper [6]: ♦ – Nik, ■ – Nik + 40% Nisint, ▲ – Nik + + 60% Nisint, × – Nik + 80% Nisint, – Cuel, ● – Niel, + – Мо, - – Cu3Р, ▬ – Fered Fig. 4. Specific compression force dependence of the modulus of elasticity (а), yield limit (б) and strength limit (в) of the powder titanium billets: ⎯ – experiment; ---- – calcula- tion with account of stress redistribution between the sample and the press die Fig. 5. Porosity dependence of the specific mechanic properties of titanium compacts: ● – the modulus of elasticity, ■ – yield limit, ▲ – strength limit Fig. 6. Strain ε of the indentor–material contact surface on the half-angle at the indentor top γ1
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69694
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0868-5924
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:49:36Z
publishDate	2014
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
record_format	dspace
spelling	Подрезов, Ю.Н. Вербило, Д.Г. Евич, Я.И. 2014-10-18T15:21:16Z 2014-10-18T15:21:16Z 2014 Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов / Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 98-109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Vw https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69694 Приведены результаты исследования механических свойств прессовок металлических порошков, испытанных на диаметральное сжатие и четырехточечный изгиб. Установлена линейная зависимость между прочностью прессовки и усилием прессования во всем диапазоне давлений. Существование такой связи объяснено в рамках модели индентирования, где приложенное усилие пропорционально площади контактного пятна. Совершенство контакта обеспечивается большими сдвиговыми деформациями в приконтактной зоне. Показано, что использование специальных схем уплотнения (разновалковая прокатка) активизирует сдвиговую деформацию и, как следствие, значительно увеличивает сырую прочность прессовок. Наведено результати дослідження механічних властивостей пресовок металевих порошків, випробуваних на діаметральне стиснення й чотириточковий згин. Встановлено лінійну залежність між міцністю пресовки й зусиллям пресування у всьому діапазоні тисків. Існування такого зв‘язку пояснено в рамках моделі індентування, де прикладене зусилля пропорціонально площі контактної плями. Досконалість контакта забезпечується великими зсувними деформаціями в приконтактній зоні. Показано, що використання спеціальних схем ущільнення (різновалкова прокатка) значно активізує зсувну деформацію і, як наслідок, значно збільшує сиру міцність пресовок. Mechanical properties of compacted metallic powders have been investigated using diametric compression and four-bending test. Experiments have shown that the strength of compacts, determined by the results of the Brazil test, is higher as compared with the data obtained from four-point bending. The paper proposes to use a four-point bending as the basic test for compacts. Besides information about raw strength of compacts, this test method allows obtaining additional information on the elastic modulus, tensile yield point and the amount of deformation before fracture in the case of testing of metallic compacts. For compacts based on titanium metal tested by four-point bending, the linear relation between the strength of the compact and the stress of compacting was established in the whole pressure range. The existence of such relation can be explained in the framework of indentation model, that uses applied force proportional to the square of contact. The accuracy of contact is controlled by high shear deformations in the near-contact zone. It is shown that the use of special packing schemes (rolling with rollers of different diameters) allows to promote shear deformation, and to increase the strength of the compacted materials. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов The role of shear deformation in consolidation of compacted powder materials Article published earlier
spellingShingle	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов Подрезов, Ю.Н. Вербило, Д.Г. Евич, Я.И.
title	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
title_alt	The role of shear deformation in consolidation of compacted powder materials
title_full	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
title_fullStr	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
title_full_unstemmed	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
title_short	Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
title_sort	роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69694
work_keys_str_mv	AT podrezovûn rolʹsdvigovyhdeformaciikonsolidaciiporoškovyhmaterialov AT verbilodg rolʹsdvigovyhdeformaciikonsolidaciiporoškovyhmaterialov AT evičâi rolʹsdvigovyhdeformaciikonsolidaciiporoškovyhmaterialov AT podrezovûn theroleofsheardeformationinconsolidationofcompactedpowdermaterials AT verbilodg theroleofsheardeformationinconsolidationofcompactedpowdermaterials AT evičâi theroleofsheardeformationinconsolidationofcompactedpowdermaterials

Роль сдвиговых деформаций консолидации порошковых материалов

Репозитарії

Схожі ресурси