Порошковая металлургия

Приведено описание лабораторных работ по теме «Обработка материалов давлением». Рассмотрены технологические процессы получения поковок и заготовок для горячей объёмной штамповки деталей, а также способы изготовления изделий из пластмасс прессованием и методы порошковой металлургии для получения материалов для твёрдых сплавов. Большое внимание уделено изучению технологии холодной листовой штамповки, методам получения объёмных наноматериалов, высокопроизводительным импульсным способам обработки металлов и использованию в обработке сверхвысоких давлений.

В настоящий сборник включены доклады Международного симпозиума «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (10–12 апреля 2013 г.), который начиная с 1999 г. в 8-й раз проводится в Минске в рамках международных выставок «Порошковая металлургия» и «Сварка». Среди авторов – ведущие ученые и специалисты Беларуси, России, Украины, Латвии, Эстонии и Армении. Статьи публикуются в виде, представленном авторами, без дополнительного научного редактирования.

Обобщены известные литературные данные, патентная информация, и, главным образом, результаты собственных исследований авторов по получению, свойствам и применению пористых порошковых материалов (ППМ), предназначенных для защиты здоровья человека, охраны окружающей среды и медицинской техники. Приведены сведения о разработанных устройствах с повышенной эффективностью работы, достигаемой за счет использования пористых элементов из ППМ, для очистки, обезжелезивания, обессоливания и обеззараживания питьевой воды, очистки воздуха от ультрадисперсных аэрозолей, влаги и масла, снижения уровня шума пневматических систем, предотвращения распространения пламени и др. Приведены сведения о ППМ, используемых в ортопедических, дентальных, кардиологических и офтальмологических имплантатах и других изделиях медицинской техники. Показаны преимущества разработанных ППМ и устройств на их основе по сравнению с известными и традиционно используемыми, даны рекомендации по их применению. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, а также студентов высших и средних учебных заведений.

Рассмотрены процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование для различных технологий, стадий напыления и последующей обработки нанесенных материалов. С учетом критериев работоспособности структуры покрытий и современных представлений о возможностях ее модифицирования должное внимание уделено моделированию формирования высокопрочных аморфных фаз при взаимодействии частицы расплава с твердой поверхностью при плазменном напылении. Для специалистов предприятий практическую ценность имеет информация о примерах оптимизации технологий нанесения функциональных защитных покрытий. Указанные сведения могут быть приняты за основу при разработке технологических процессов на предприятиях, занимающихся восстановлением и упрочнением деталей, которые выходят из строя вследствие изнашивания, коррозии, теплового разрушения. Предназначена для научных, инженерно-технических работников в области моделирования процессов и разработки технологии нанесения защитных покрытий, будет полезна аспирантам, студентам.

Представлены результаты аналитических и экспериментальных исследований процесса гидратационного твердения промышленного дисперсного алюминия различных марок, наноструктуры и свойств пористых композиционных материалов на основе дисперсного алюминия и различных инертных наполнителей. На основе термодинамики поверхностных процессов, диффузионной кинетики и методологии физики спекания авторами монографии впервые предпринята попытка разработки количественной физико-химической модели процесса гидратационного твердения цемента и дисперсного алюминия. Авторы полагают, что приведенный в монографии материал может быть полезен для специалистов в области физической химии и высокодисперсных материалов при усовершенствовании и создании технологий получения пористых материалов, включая наноструктурные, различного назначения. Монография не имеет аналогов в Республике Беларусь и за рубежом, основана на результатах исследований авторов за последние 5 лет. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занятых в области материаловедения, машиностроения, металлургии, энергетики, нефтехимии. Может оказаться полезной аспирантам и студентам вузов, обучающимся по соответствующим специальностям.

В настоящий сборник включены доклады Международного симпозиума «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (10–12 апреля 2013 г.), который начиная с 1999 г. в 8-й раз проводится в Минске в рамках международных выставок «Порошковая металлургия» и «Сварка». Среди авторов – ведущие ученые и специалисты Беларуси, России, Украины, Латвии, Эстонии и Армении. Статьи публикуются в виде, представленном авторами, без дополнительного научного редактирования.

Работа посвящена разработке новых алмазосодержащих композиционных материалов (АКМ) и технологий получения изделий на их основе с требуемыми эксплуатационными параметрами, обеспечивающими высокопроизводительную абразивную обработку деталей на основе металлических (закаленных сталей, твердых сплавов) и неметаллических материалов (стекло, керамика, природный камень, пластмасса). Представлены научные и практические результаты в области создания АКМ, использование которых способствует решению крупной народнохозяйственной проблемы – созданию эффективного высокопроизводительного абразивного инструмента, а также абразивных материалов (суспензий, паст) нового поколения. Рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области керамики: производственников, проектировщиков, научных работников, материаловедов и потребителей абразивных материалов и инструментов. Может быть полезна преподавателям и студентам высших учебных заведений, специализирующихся в области порошковой металлургии, материаловедения, нанокомпозитов и керамики.

Словарь содержит основные термины и их определения в области порошковой металлургии и композиционного материаловедения, восполняет пробел в отечественной литературе в вопросе установления в порошковой металлургии как науке национальной терминологии (белорусских названий и определений). Как справочное издание рекомендуется к применению для обучения специалистов в области порошковой металлургии и материаловедения в учебных заведениях и научных учреждениях, к применению специалистами-металлургами и инженерными работниками, а также предпринимателями, филологами, другими специалистами при осуществлении ими работ в области теории и практики порошковой металлургии, материаловедения или в смежных областях.

В монографии обобщен опыт, накопленный в ГНУ Институт порошковой металлургии и связанный с разработкой материалов и конструкций дентальных и ортопедических имплантатов, методов повышения их функциональных характеристик и исследованиями этих характеристик in vitro и in vivo. В монографии также представлены результаты выполнения совместно ГНУ ИПМ, ИБОХ НАН Беларуси и БНТУ в 2006–2010 гг. НИР в рамках задания 4.06 ГКПНИ «Механика» (подпрограмма «Биомеханика»). Проведен анализ влияния состояния поверхности титановых имплантатов на их взаимодействие со средами организма. Разработаны методы исследования формирования остеоинтегрированного контакта имплантата и коррозионной стойкости образцов титановых имплантатов. Получены результаты о благоприятном влиянии текстурированной структуры поверхности имплантата, полученной струйно-абразивной обработкой, на репаративные процессы в костной ткани в плане ускорения и степени регенерации, а также полноты интеграции имплантата с костной тканью. Издание предназначено для научных работников, исследователей, специалистов производства, студентов вузов, магистрантов, аспирантов, проходящих обучение по специальностям «Хирургия», «Стоматология», «Медицинские приборы и биотехнические системы» и близким им.

В книге обобщены результаты экспериментальных исследований по получению наноалмазов детонационного синтеза. Приведены данные по получению композиционных и поликристаллических материалов компактированием при высоких давлениях и температурах детонационных наноалмазов, модифицированных методом термовакуумной и/или химико-термической обработки. Рассмотрены особенности получения и свойства модифицированных детонационными наноалмазами композиционных металлических и полимерных материалов и покрытий триботехнического назначения, формируемых спеканием, горячим прессованием, электрохимическим осаждением, газотермическим напылением, микродуговой обработкой. Изложены технологические принципы модифицирования наноалмазами смазочных материалов, раскрыт механизм модифицирующего действия наноалмазов на свойства смазочных материалов и структуру поверхностей трения. Приведены примеры практического применения композиционных материалов и покрытий, модифицированных наноалмазами детонационного синтеза. Предназначена для научных, инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, занимающихся вопросами материаловедения, инженерии поверхности, повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей узлов трения.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с механизмом формирования коррозионно-механических, полупроводниковых, эксплуатационных и других свойств поверхностных слоев, полученных на титановых сплавах методом микродугового оксидирования. Особое внимание уделено оксидированию поверхностей крупногабаритных конструкций. Пособие предназначено для студентов специальностей «Турбостроение», «Гидропневмоавтоматика», «Сварка», «Материаловедение» и других, занимающихся проблемами порошковой металлургии и композиционных материалов, применения титановых сплавов, а также других вентильных металлов для изготовления изделий, работающих в условиях морской среды. Пособие может быть полезно для инженеров, специализирующихся в области разработки, производства и использования титановых сплавов.

В книге представлено систематическое изложение физических основ процессов послойного селективного лазерного спекания и плавления (СЛС/П) порошковых композиций и синтеза функциональных и градиентных мезоструктур (мезоизделий). Рассмотрены перспективы формирования для российской промышленности нового фундаментального направления лазерной технологии, использующего взаимодействие лазерного излучения с многокомпонентными (в том числе и реакционноспособными) порошковыми композициями с целью послойного синтеза из них объемных функциональных изделий. Поиск новых перспективных порошковых композиций и изучение возможностей объединения нескольких подходов (лазерное спекание или наплавка, самораспространяющийся высокотемпературный синтез или пайка) в один технологический процесс для послойного синтеза объемных изделий – эти составляющие успешного развития метода СЛС/П также изложены в книге. Ученым и специалистам в области порошковой металлургии и материаловедения, студентам металлургических и материаловедческих специальностей.

В учебно-методическом пособии приводятся методики оценки физико-химических свойств материалов: определение плотности и пористости материалов, изготавливаемых методами порошковой металлургии, измерение удельного электросопротивления материалов, измерение удельной электропроводимости растворов электролитов, исследование скорости электрохимической коррозии, получение гальванических покрытий. Для студентов, изучающих дисциплины профиля «Технология электрохимических производств».

В настоящее время накоплены обширные экспериментальные данные по свойствам материалов с диффузионными защитными покрытиями, в частности по влиянию диффузионных покрытий на кратковременную статическую и усталостную прочность защищенных изделий на воздухе и в различных средах. Изучена роль остаточных напряжений, возникающих в процессе диффузионного насыщения, и предложена их классификация. Работы в этой области имеют важное значение для раскрытия механизма деформации и разрушения металлов с покрытиями, для создания теории прочности таких материалов.

Изложены основные вопросы, связанные с производством порошковых материалов и изделий. Рассмотрены методы получения и свойства металлических порошков, процессы формирования и спекания заготовок, основные области применения и свойства порошковых изделий. Для студентов направления 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов». Может быть полезно студентам всех специальностей, изучающим дисциплину «Материаловедение».

Представлены современные технологические процессы получения порошковых материалов и изделий из них на основе порошков железа. Описаны свойства использованных распылённых порошков и способы введения малых количеств добавок наноразмерного состояния при традиционном производстве спечённых и высокопрочных порошковых материалов. Уделено внимание совмещению этапов производства порошковых изделий с термической обработкой с целью повышения эксплуатационных характеристик изделий из порошков. Приведены области использования спечённых и высокопрочных пористых изделий. Для инженерно-технических работников промышленного производства порошковых изделий, а также студентов технических вузов.

В книге рассмотрены вопросы получения порошковых материалов на основе железа с повышенными механическими и триботехническими свойствами методами легирования, активирования процессов спекания, инфильтрацией, термической и термомеханической обработками. Обобщены и систематизированы данные, полученные отечественными и зарубежными учеными в области порошкового материаловедения, а также собранные автором за многие годы работы в области процессов получения порошковых материалов на основе железа и изделий из них. Издание предназначено для научных и инженерно-технических работников, занимающихся проблемами получения порошковых сталей и изделий из них, и студентов втузов.

Лабораторный практикум включает описание семи работ по формованию порошков различными способами, из них четыре – по прессованию металлических порошков, а также пять лабораторных работ по спеканию различных порошков в печах. Практикум предназначен для студентов, обучающихся в бакалавриате и магистратуре по различным профилям направлений подготовки 22.03.02 и 22.04.02 «Металлургия».

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) представляет собой самоподдерживающуюся реакцию горения, инициированную путем воспламенения порошковых реагентов некоторых материалов, обладающих способностью к экзотермической реакции. Это быстрый и экономичный способ производства, поскольку экзотермическая реакция выделяет тепло, необходимое для достижения температуры начала реакции в смежных зонах шихты. В системах с плавящимся компонентом тепломассоперенос осуществляет расплав, образующийся в реакционной зоне. Процесс СВС используется для синтеза тугоплавких материалов, таких как карбиды, бориды, оксиды, силициды, керамика, интерметаллиды и перспективные композиты. Кинетика процесса СВС прямо и косвенно зависит от размера частиц порошка и гранулометрического состава, соотношения реагентов в шихте, плотности шихты, скорости нагрева и температуры начала реакции. В данной методическом пособии обсуждаются закономерности СВС, а также последние достижения в области СВС пористых сплавов на основе интерметаллида TiNi, как перспективного способа производства полуфабрикатов для имплантов, используемых при хирургическом лечении повреждений и дефектов опорно-двигательного аппарата. Для студентов физико-математических и физико-технических специальностей, а также для широкого круга читателей, интересующихся вопросами порошковой металлургии.

This study guide corresponds to «Sintering of powder materials» course of the Master degree program at Novosibirsk State Technical University 22.04.01 – Materials Science and Technology. The guide consists of six parts and contains a brief overview of historical aspects of sintering, powder fabrication and characterization methods, powder shaping and compaction processes, and the basics of solid state and liquid phase sintering. The guide also contains a description of advanced sintering methods and sintering processes found in additive manufacturing. Classical and novel materials obtainable by sintering are described. Current trends in the development of sintering science are discussed. Each part of the guide is followed by control questions. Problems with solutions are offered to help the student solve problems encountered in real research and industrial sintering practice. Problems for self-study are also provided, many of which were designed by the author based on her own research experience. Topics for self-study are provided and can be used for students' presentations at seminars.