Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Исследование порошка алюминия ПА-1 по ГОСТ 6058-73(+160-315мкм)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Институт металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра технологий и исследования матриалов

«Исследование порошка алюминия

ПА-1 по ГОСТ 6058-73(+160-315мкм)»

Выполнил: студент 3 курса

группы №3065/2

Анисимов Дмитрий

Санкт-Петербург

2013

Содержание

Основные свойства компактного материала алюминия……………………………..3
Характеристики порошкового материала………….…………………………………………5

Гранулометрический состав……………………………………………………………….…..5

Насыпная плотность порошка алюминия…………………………………………………….9
Плотность утряски и порошка алюминия……………………………………………………..12
Текучесть порошка алюминия……………………………………………………………………….15
Угол трения…………………………………………………………………………………………………….17
Прессуемость порошка алюминия…………………………………………………………….….18

Основные свойства компактного материала

Алюминий — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений (бокситы, нефелины, алуниты, глиноземы, корунд, полевые шпаты, каолинит и др.). Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия.

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H₂O (t°);O₂, HNO₃(без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH₄⁺, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

Таблица 1. Свойства химического элемента Алюминий

Свойства атома
Имя, символ, номер	Алюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок	13, 3,
Атомная масса (молярная масса)	26,981539 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s²3p¹
Электроны по оболочкам	2, 8, 3
Радиус атома	143 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	121±4 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса	184 пм
Радиус иона	51 (+3e) пм
Электроотрицательность	1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-1,66 В
Степени окисления	3
Энергия ионизации	1-я: 577.5 кДж/моль (эВ) 2-я: 1816.7 кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фаза	Твёрдое вещество
Плотность (при н. у.)	2,6989 г/см³
Температура плавления	660 °C, 933,5 K
Температура кипения	2518,82 °C, 2792 K
Теплота плавления	10,75 кДж/моль
Теплота испарения	284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,35^[1]Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,050 Å
Температура Дебая	394 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука	5200 м/с

Характеристики порошкового материала

Гранулометрический состав

Приложение 1. Распределение размеров частиц по фракциям определенное на приборе Micro Sizer 201

Был сделан микрошлиф порошка а также его анализ методами машинной обработки.

Микроструктура шлифов

х50

х100

х200

х500

х1000

Средний размер зерен

Средний размер пор

Таблица 2. Статистические данные результатов анализа микрошлифа.

Класс	Однородность	Количество объектов	Средняя площадь	Минимальная площадь	Максимальная площадь	% количества
Класс 1	---	692	206,3144	58,01201	7747,604	97,87836
Класс 2	---	6	12699,63	10076,09	17747,67	0,848656
Класс 3	---	4	19524,54	18527,84	20432,23	0,565771
Класс 4	---	1	34437,13	34437,13	34437,13	0,141443
Класс 5	---	1	37217,71	37217,71	37217,71	0,141443
Класс 6	---	0	---	---	---	0
Класс 7	---	2	60950,62	59930,41	61970,83	0,282885
Класс 8	---	1	71156,73	71156,73	71156,73	0,141443
Всего	---	707	794,5945	58,01201	71156,73	100

Усредненный размер частиц: 21,472 мкм

Усредненная площадь частиц: 794,5945 мкм²

Из таблицы 2 видно, что большинство частиц исследованного порошка имеют размер меньше 7747,604 микрометров. По результатам исследования на микросайзере (Приложение 1) можно заключить, что фракции 114-131мкм в порошке больше всего.

Насыпная плотность

Цель работы: определение насыпной плотности порошка алюминия в свободно насыпанном состоянии. Оценка правильности полученных результатов.

I.Краткое теоретическое введение

Рис.1. Схема волюмометра

Насыпной плотностью порошка называется плотность свободнонасыпанного порошка. Насыпная плотность выражает способность частиц порошка к укладке и зависит от удельной плотности данного металла и фактического заполнения порошком определенного объема. Плотность укладки частиц порошка в объеме зависит от дисперсности, формы и удельной поверхности частиц. Так как насыпная плотность является очень важной характеристикой, оказывающей влияние на технологию изготовления, то она указывается во всех технических условиях на металлические порошки, а метод ее определения стандартизирован.

Насыпная плотность определяется с помощью прибора, называемого волюмометром (рис.1), обеспечивающим одинаковые условия засыпки.

Засыпка порошка в волюмометр ведется через большую приемную воронку (1). Из малой воронки (2) частицы порошка падают на систему пластин. С последней пластины частицы порошка через воронку скатываются в мерный стакан (4) емкостью 21,8 см³, который устанавливается на расстоянии 22 ± 0,5 мм от торца воронки (3), направляющей порошок в стакан. Стакан заполняют порошком до верха с некоторым избытком, который снимается пластиной из алюминия или покровным стеклышком до уровня стенок.

Исследуемые материалы: порошок алюминия.

Порядок выполнения работы

1. Перед работой изучил тему, записал нужные термины и формулы для расчетов в работе.

2. Определил насыпную плотность исследуемого порошка. Взвесил мерный стакан (m₁=4г), установил стакан под воронку, высыпал пробу порошка в воронку.

После полного истечения порошка удалил избыточное количество порошка однократным движением пластины. Взвесил стакан с порошком.

Вычислил массу порошка по формуле:

m=m₂-m₁,

№	Масса алюминиевого порошка
1	36-4=32 г
2	36-4=31 г
3	36-4=32 г
среднее	32 г

где: m₂ – масса стакана с порошком, г;

m₁ – масса пустого стакана, г.

Нашел объем мерного стакана:

V _{стакана} = 25см³

Вычислил насыпную плотность исследуемого порошка по формуле:

r_нас=m/25.

Произвел испытания на каждом из исследуемых порошков 3 раза, результаты записал в таблицу.

№	Насыпная плотность алюминиевого порошка
1	1,28 г/см³
2	1,28 г/см³
3	1,28 г/см³

3. Погрешность измерений:

А) Вычислим среднее значение: r_{нас. ср}= rrr

Б) Находим Δr_нас _i = r_ср - r_нас _i :

Δr ₁= r_ср - r _нас1= 1,28-1,28 = 0

Δr ₂= r_ср - r _нас2 = 1,28-1,28 = 0

Δr ₃= r_ср - r _нас3 =1,28-1,28 = 0

В) Вычислим квадраты отдельных погрешностей (Δr _i)² :

(Δr ₁)² = 0; (Δr ₂)² = 0; (Δr ₃)² = 0

Г) Определим среднюю квадратичную погрешность измерений:

ΔS_r_нас._ср = r= = 0

Д) Задаем значение надежности α=0,95

Е) Определяем коэффициент Стьюдента t_α(n) = t_0,95(3) = 4,3

Ж) Находим границы доверительного интервала Δr:

Δr = t_α(n)* ΔS_r_ср = 4,3*0=0

З) Окончательный результат:

r_нас = r_{нас. ср} ± Δr = 1,28 ± 0

И) Относительная погрешность:

ε = rr *100% =

К) Нашел относительную насыпную плотность порошка алюминия САС-1:

Θ_нас = rr= = 0,475

Теоретическое значение Θ_нас = 0,51

Плотность утряски

Цель работы: определение плотности утряски порошка алюминия в свободно насыпанном состоянии. Оценка правильности полученных результатов.

I.Краткое теоретическое введение Рис.1. Схема волюмометра

Плотность утряски определяется путем утряски определенного количества порошка и непосредственного отсчета этого объема в делениях мензурки. Для этой цели порцию порошка помещают в мензурку с небольшим поперечным сечением и устанавливают на прибор с механическим встряхивателем с частотой 100-300 мин^-1. После проведения эксперимента определяют объем утряски и массу порошка.

Текучестью называется способность порошка заполнять собой объем определенной формы. Текучесть является очень важной, сложной комплексной характеристикой, зависящей от плотности порошков, гранулометрического состава, формы, состояния частиц и т.п.

Основными факторами, влияющими на текучесть порошков, являются трение и зацепление частиц друг о друга, затрудняющие перемещение частиц. В связи с этим она понижается при уменьшении размеров частиц, увеличении удельной их поверхности, шероховатости и усложнении формы. Значительно понижается текучесть влажного порошка. Наличие окисной пленки, наоборот, улучшает текучесть, так как она чаще всего снижает коэффициент трения и, сглаживая рельеф, уменьшает удельную поверхность. Отжиг порошков в защитных атмосферах за счет агломерирования частиц, сглаживания их поверхности и понижения влажности повышает текучесть.

Рис.2. Установка для определения текучести

расстоянии 3 мм от конуса воронки. Перед засыпкой порошка выходное отверстие воронки закрывается заглушкой. Снизу подставляется цилиндр-уловитель. После наполнения воронки порошком открывают носик воронки и одновременно включают секундомер.

Исследуемые материалы: порошок алюминия.

Порядок выполнения работы

1. Перед работой изучил тему, записал нужные термины и формулы для расчетов в работе.

2. Определил плотность утряски исследуемого порошка. Взвесил мерный стакан (m₁=4г).

Установил стакан под воронку, высыпал частями пробу порошка в воронку, постукивая при этом по стакану линейкой.

Плотность после утряски вычислил по формуле:

r_ут=m/V, г/см³,

где m – масса навески порошка, г;

V – объем после утряски, см³.

№	Масса алюминиевогоого порошка
1	40-4=36 г
2	40-4=36 г
3	42-4=38 г
среднее	36,67 г

№	Плотность утряски алюминиевого порошка
1	1,44 г/см³
2	1,44 г/см³
3	1,52 г/см³
среднее	1,47 г/см³

4. Погрешность измерений:

А) Вычислим среднее значение: r_{ут. ср}= rrr

Б) Находим Δr_ут _i = r_ср - r_ут _i :

Δr ₁= r_ср - r _ут1= 1,47-1,44 = 0,03

Δr ₂= r_ср - r _ут2 = 1,47-1,44 = 0,03

Δr ₃= r_ср - r _ут3 =1,47-1,52 = - 0,05

В) Вычислим квадраты отдельных погрешностей (Δr _i)² :

(Δr ₁)² = 0,0009; (Δr ₂)² = 0,0009; (Δr ₃)² = 0,0025

Г) Определим среднюю квадратичную погрешность измерений:

ΔS_r_ут._ср = r= = 0,0267

Д) Задаем значение надежности α=0,95

Е) Определяем коэффициент Стьюдента t_α(n) = t_0,95(3) = 4,3

Ж) Находим границы доверительного интервала Δr:

Δr = t_α(n)* ΔS_r_ут._ср = 4,3*0,0267 = 0,115

З) Окончательный результат:

r_ут = r_{ут. ср} ± Δr = (147 ± 12)*10^-2

И) Относительная погрешность:

ε = rr *100% =

К) Нашел относительную плотность утряски порошка алюминия САС-1:

Θ_ут = rr= = 0,55

Теоретическое значение Θ_нас = 0,60

Текучесть

Текучесть порошков определяется скоростью истечения порошка через выходное отверстие носика воронки диаметром 2,5 мм. Для этой цели просушенная навеска порошка в 50 г насыпается в воронку с углом конуса 60° и носиком, срезанным под прямым углом на расстоянии 3 мм от конуса воронки. Перед засыпкой порошка выходное отверстие воронки закрывается заглушкой. Снизу подставляется цилиндр-уловитель. После наполнения воронки порошком открывают носик воронки и одновременно включают секундомер.

Рис.2. Установка для определения текучести

Исследуемые материалы: порошок алюминия.

Порядок выполнения работы

Установил воронку для определения текучести на штатив, закрыл отверстие, высыпал навеску порошка алюминия 15 г в воронку, открыл отверстие и одновременно включил секундомер. Определил время полного истечения порошка через воронку, вычислил текучесть по формуле:

v=m/t, г/с.

№	Время опыта, с	Текучесть, г/с
1	28,98	0,517
2	29,09	0,516
3	29,08	0,516
4	28,87	0,519

Погрешность измерений:

А) Вычислим среднее значение: v_ср=

Б) Находим Δv _i = v_ср- v_i :

Δv ₁ = v_ср- v₁= 0,517-0,517= 0

Δv ₂= v_ср - v₂= 0,517-0,516= 0,001

Δv ₃ = v_ср- v₃ =0,517-0,516= 0,001

Δv ₄ = v_ср- v₄ =0,517-0,519= - 0,002

В) Вычислим квадраты отдельных погрешностей (Δv _i)² :

(Δv₁)² = 0; (Δv₂)² = 0,000001; (Δv₃)² = 0,000001; (Δv₄)² = 0,000004

Г) Определим среднюю квадратичную погрешность измерений:

ΔS_v_ср = = = 0,0007

Д) Задаем значение надежности α=0,95

Е) Определяем коэффициент Стьюдента t_α(n) = t_0,95(4) = 3,18

Ж) Находим границы доверительного интервала Δv:

Δv = t_α(n)* ΔS_v_ср = 3,18*0,0007 = 0,0022

З) Окончательный результат:

v = v_ср ± Δv = (517 ± 2)*10^-3

И) Относительная погрешность:

ε = *100% =

Угол трения

β’	l,мм	h,мм	β”	β₂’	β₂
48	45	8	0,18	0,84	38
46	50	8	0,16	0,80	37
48	52	8	0,15	0,84	39

Погрешность измерений:

А) Вычислим среднее значение: β₂_ср=

Б) Находим Δ β₂ _i= β₂_ср - β₂_i:

Δ β₂ ₁= β₂_ср - β₂₁= 38-38= 0

Δ β₂ ₂= β₂_ср - β₂₂= 38-37= 1

Δ β₂ ₃= β₂_ср - β₂₃ =38-39= -1

В) Вычислим квадраты отдельных погрешностей (Δ β₂ _i)² :

(Δ β₂₁)² = 0; (Δ β₂₂)² = 1; (Δ β₂₃)² = 1;

Г) Определим среднюю квадратичную погрешность измерений:

ΔS _β₂_ср = ₌ = 0,577

Д) Задаем значение надежности α=0,95

Е) Определяем коэффициент Стьюдента t_α(n) = t_0,95(3) = 4,3

Ж) Находим границы доверительного интервала Δ β₂:

Δ β₂ = t_α(n)* ΔS β₂_ср = 4,3*0,577 = 2,48

З) Окончательный результат:

β₂ = β₂_ср ± Δ β₂ = (38 ± 2,48)

И) Относительная погрешность:

ε = _{*100% =}

Прессуемость

Цель работы: изучить закономерности уплотнения порошковых материалов в стальной пресс-форме.

Оборудование и материалы: гидравлический пресс, пресс-форма, весы лабораторные, штангенциркуль, порошок Al САС-1.

Краткое теоретическое введение

Прессуемостью металлических порошков называется способность порошка под влиянием сжимающих усилий образовывать брикет заданной и минимально допустимой плотности. Прессуемость металлических порошков является важнейшей технологической характеристикой, она является функцией пластичности металла и зависит от способности порошка к обжатию и уплотнению в процессе прессования, т.е. уплотняемости, способности сохранять форму после выпрессовки из пресс-формы — формуемости. Хорошая уплотняемость порошков облегчает процесс прессования, так как требуется меньшее давление порошков для достижения заданной плотности, а при хорошей формуемости получаются более прочные, неосыпающиеся заготовки.

Существенное влияние на прессуемость порошков оказывают размеры и форма частиц. Чем меньше частицы и чем более развита их поверхность (например, электролитические порошки), тем, как правило, хуже их уплотняемость. Однако прочность прессовок из мелких порошков, особенно при их сильно развитой поверхности, оказывается значительно более высокой, чем прочность прессовок, изготовленных из крупнозернистого порошка того же металла. Порошки правильной формы и с гладкой поверхностью частиц имеют хорошую уплотняемость, но не обеспечивают хорошей формуемости и достаточной прочности из разных по величине частиц, обладают большой насыпной плотностью и обеспечивают максимальную прочность прессовок. Оптимальное соотношение между мелкими и крупными частицами определяется расчетным или опытным путем.

Большое влияние на прессуемость порошков оказывает твердость металла частиц. Чем выше твердость металла порошков, тем требуется большее давление прессования. Отжиг порошков снижает твердость металла и значительно повышает уплотняемость и формуемость.

Ход работы:

Взвесил несколько навесок порошков Al, с массой = 6г. Спрессовал порошки в пресс- форме при различном усилии.
Измерил диаметр и высоту спрессованных образцов с помощью штангенциркуля.
Записал данные в таблицу 1.
Определил объем образцов и нашел их плотности.

Таблица 1. Расчетные данные.

№ образца	d, мм	Усилие, т	h, мм	Масса m, г	Объем V, см³	Давление, Н	МПа	Плотность, г/см³	Пористость,%	Относ.плотность
1	16,5	2	15,4	7	3,29	20000	94	2,13	21,20	0,79
2	16,5	2	14,2	6	3,03	20000	94	1,98	26,66	0,73
3	16,5	2	13,5	6	2,89	20000	94	2,08	23,11	0,77
среднее	16,5	2	14,37	6,33	3,07	20000	94	2,06	23,65	0,76
4	16,5	4	12,2	6	2,61	40000	187	2,30	14,86	0,85
5	16,5	4	11,9	6	2,54	40000	187	2,36	12,51	0,87
6	16,5	4	12,5	6	2,67	40000	187	2,25	16,77	0,83
среднее	16,5	4	12,2	6	2,61	40000	187	2,30	14,71	0,85
7	16,5	5	11,5	6	2,46	50000	234	2,44	9,67	0,90
8	16,5	5	11,6	6	2,48	50000	234	2,42	10,39	0,90
9	16,5	5	11,7	6	2,5	50000	234	2,40	11,11	0,89
среднее	16,5	5	11,6	6	2,48	50000	234	2,42	10,39	0,90
10	16,5	6	11,1	6	2,37	60000	281	2,53	6,24	0,94
11	16,5	6	11,2	6	2,39	60000	281	2,51	7,02	0,93
12	16,5	6	11	6	2,35	60000	281	2,55	5,44	0,95
среднее	16,5	6	11,1	6	2,37	60000	281	2,53	6,23	0,94
13	16,5	7	10,7	6	2,29	70000	328	2,62	2,96	0,97
14	16,5	7	10,8	6	2,31	70000	328	2,60	3,80	0,96
15	16,5	7	10,9	6	2,33	70000	328	2,58	4,63	0,95
среднее	16,5	7	10,8	6	2,31	70000	328	2,60	3,80	0,96

Исследование порошка алюминия ПА-1 по ГОСТ 6058-73(+160-315мкм) 📙 Курсовая → 🆔 96358