Основы порошковой металлургии

При приготовлении  шихты некоторых металлических порошков высокой прочности (вольфрама,  карбидов металлов) для повышения  формуемости  в  смесь  добавляют пластификаторы - вещества смачивающие поверхность частиц. 

Для формования изделий из  порошков  применяют  следующие способы:  прессование  в  стальной  прессформе,  изостатическое прессование,  прокатку порошков, мундштучное прессование, шликерное формование, динамическое прессование.

Прессование в стальной прессформе

При прессовании, происходящем в закрытом объеме (рис.6) возникает  сцепление частиц и получают заготовку требуемых формы и размеров. Такое изменение объема происходит в результате смещения  и деформации отдельных частиц и связано с заполнением пустот между частицами  порошка  и  заклинивания  -  механического сцепления частиц.  У пластичных материалов деформация возникает вначале у приграничных контактных участков  малой  площади  под действием огромных напряжений,  а затем распространяется вглубь частиц.

Рис.6 Схема прессования в прес-                 Рис. 7 Кривая идеального процесса

сформе (1 – матрица, 2 – пуансон,                         уплотнения.

3 – нижний пуансон, 4 – порошек)

и схема распределения давления по высоте.

 

Неравномерность плотности по высоте заметна в тех случаях, когда высота больше минимального поперечного сечения. При прессовании засыпанных в цилиндрическую прессформу одинаковых доз порошка,  разделенных прокладками из тонкой фольги получают отдельные  слои различной формы  и  размера  (рис.8). 

Рис.8 Схема распределения плотности по вертикальному сечению спрессованного порошка при одностороннем приложении давления (сверзу).

В вертикальном направлении каждый верхний слой оказывается тоньше нижележащего. Изгиб слоев объясняется  меньшей  скоростью перемещения порошка у стенки из-за трения, чем в центре. Наибольшая плотность получается на расстоянии около 0.2...0.3 наименьшего поперечного размера прессуемого изделия,  что связано с действием сил трения между  торцом пуансона и порошком.

Для получения более качественных изделий после прессования

получения более равномерной плотности по различным сечениям применяют смазки (стеариновую кислоту и ее сопи, олеиновую кислоту,  поливиниловый спирт, парафин, глицерин и др.), уменьшающие внутреннее трение и трение на стенках инструмента. Смазку обычно)- в порошок, что обеспечивает наилучшие производственные показатели.

 

Изостатическое прессование - это прессование в эластичной оболочке  под  действием всестороннего сжатия. Если сжимающее усилие создается жидкостью прессование называют гидростатическим. При гидростатическом прессовании порошок засыпают в резиновую оболочку и затем помещают ее после вакуумирования и герметизации в сосуд, в котором поднимают давление до требуемой величины. Из-за практического отсутствия трения между оболочкой и  порошком  спрессованное изделие получают с равномерной плотностью по всем сечениям,  а давление прессования в этом случае меньше, чем при прессовании в стальных прессформах. Перед прессованием порошок подвергают виброуплотнению. Гидростатическим прессованием получки? цилиндры, трубы, шары, тигли и другие изделия сложной формы. Этот способ выполняют в специальных установках для гидростатического прессования.

Недостатком гидростатического прессования является невозможность получения прессованных деталей с заданными размерами и необходимость механической обработки при изготовлении изделий точной формы и размеров, а также малая производительность процесса.

Мундштучное прессование - это формование заготовок из смеси порошка  с пластификатором путем продавливания ее через отверстие в матрице. В качестве пластификатора применяют парафин, крахмал, поливиниловый спирт, бакелит. Этим методом получают трубы, прутки, уголки и другие изделия большой длины. Схема процесс представлена на рис. 10.

 

После   прессования оболочки удаляют механическим путем или травлением в растворах, инертных спрессованнному металлу.

Шликерное формование - представляет собой процесс заливки шликера в пористую форму с последующей сушкой.  Шликер в этом случае - это однородная концентрированная взвесь порошка металла в жидкости. Шликер приготовляют из порошков с размером частиц I... 2 мкм (реже до 5...10 мкм) и жидкости - воды, спирта, четырех- хлористого водорода. Взвесь порошка однородна и устойчива в течение длительного времени.  Форму для ликерного  литья изготовляют из гипса, нержавеющей стали, спеченного стеклянного порошка. Формирование изделия после заливки формы взвесью порошка заключается в направленном осаждении твердых частиц на стенках формы под действием направленных к ним потоков взвеси  (порошка  в жидкости).  Эти потоки возникают в результате впитывая жидкости в поры гипсовой формы под действием вакуума или  центробежных сил, создающих давление в несколько мегапаскалей. Время наращивания оболочки определяется ее толщиной  и  составляет 1...60  мин.  После  удаления  изделия  из  формы его сушат при 110...150*С на воздухе, в сушильных шкафах.

 

Спекание.

Спеканием называют процесс развития межчастичного сцепления и формирования свойств изделия, полученных при нагреве сформованного порошка. Плотность, прочность и другие физико-механические  свойства спеченных изделий зависят от условий изготовления: давления, прессования, температуры, времени и атмосферы спекания н других факторов.

В зависимости от состава шихты различают твердофазное  спекание  (т.е. спекание без образования жидкой фазы) и жидкофазное, при котором легкоплавкие компоненты смеси порошков  расплавляются.

Твердофазное спекание. При твердофазном спекании протекают следующие основные процессы:  поверхностная и объемная диффузия атомов, усадка, рекристаллизация, перенос атомов через газовую среду.

Усадка при спекании может проявляться в изменении размеров и объема  и поэтому различают линейную и объемную усадку.  Обычно усадка в направлении прессования больше,  чем в поперечном направлении.  Движущей силой процессе усадки при спекании является стремление системы к уменьшению запаса  поверхностной  энергии, что  возможно только при сокращении суммарной поверхности честны,  порожке.  Но этой причине порошки с развитой  поверхностью уплотняются при спекании с наибольшей скоростью, как обладающие большие запасом поверхностной энергии.

При спекании иногда наблюдается нарушение процесса усадки.

Это нарушение выражается в недостаточной степени усадки  или  в увеличении объема. Причинами этого является: снятие упругих остаточных напряжений после прессования, наличие невосстанавливающихся окислов, фазовые превращения и выделение адсорбированных и образующихся при химических реакциях  восстановления  окислов газов.  Рост  объема  спекаемых тел наблюдается при образовании закрытой пористости и объеме пор более 7% (когда расширение газов  в  закрытых порах вызывает увеличение объема).  Пленки невосстанавливающихся окислов тормозят  процессы  диффузии,  препятствуя усадке.  На рис.  11 приведена кривая изменения усадки во времени при заданной температуре.

Рис.11 Усадка спрессованного порошка железа при 890 С при различном давлении: 1-400 мн/м2, 2-600 мн/м2,3-800 мн/м2, 4000 мн/м2.

.

 

 

Список литературы

 

2. .Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая  металлургия в машиностроении.  Машиностроение; М. 1973

3. Либенсон Г.А. Основы порошковой  металлургии. Металлургия; М. 1975

4. Федорченко И.М., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии; К. 1961

5. Бальшин М.Ю. Научные основы  порошковой металлургии и металлургии  волокна; М. 1972