Порошковая металлургия

порошков из-за наличия остаточных окислов, микропор, полостей.

Микротвердость порошковой частицы характеризует ее способность к

деформированию. Способность к деформированию в значительной степени зависит

от содержания примесей в порошковой частице и дефектов кристаллической

решетки. Для измерения микротвердости в шлифованную поверхность частицы

вдавливают алмазную пирамиду с углом при вершине 136 под действием

нагрузки порядка 0,5... 200г. Измерение выполняют на приборах для измерения

микротвердости ПМТ-2 и ПМТ-З.

Технологические свойства порошка определяют: насыпная плотность,

текучесть, прессуемость и формуемость.

Насыпная плотность - это масса единицы объема порошка при свободном

заполнении объема.

Текучесть порошка характеризует скорость заполнения единицы объема и

определяется массой порошка высыпавшегося через отверстие заданного

диаметра в единицу времени. От текучести порошка зависит скорость

заполнения инструмента и производительность при прессовании. Текучесть

порошка обычно уменьшается с увеличением удельной поверхности и

шероховатости частичек порошка и усложнением их формы. Последнее

обстоятельство затрудняет относительное перемещение частиц .

Влажность также значительно уменьшает текучесть порошка.

Прессуемость и формуемость. Под прессуемостью порошка понимают

свойство порошка приобретать при прессовании определенную плотность

в зависимости от давления, а под формуе-мостью - свойство порошка

сохранять заданную форму, полученную после уплотнения при минимальном

давлении. Прессуемость в основном зависит от пластичности частиц порошка,

а формуемость - от формы и состояния поверхности частиц. Чем выше насыпная

массе порошка , тем хуже , в большинстве случаев , формуемость и лучше

прессуемость. Количественно прессуемость определяется плотностью

спрессованного брикета, формуемость оценивают качественно, по внешнему

виду спрессованного брикета, или количественно - величиной давления, при

котором получают неосыпающийся, прочный брикет.

Формование металлических порошков.

Целью формования порошка является придание заготовкам из

порошка формы,размеров, плотности и механической прочности,

необходимых для последующего изготовления изделий. Формование включает

следующиеоперации: отжиг, классификацию, приготовле-ние смеси, дозирование

и формование.

Отжиг порошков применяют с целью повышения их пластичности и

прессуемости за счет восстановления остаточных окислов и снятия

наклепа. Нагрев осуществляют в защитной среде (восста-новительной,

инертной или вакууме) при температуре 0,4...0,6 абсолютной температуры

плавления металла порошка. Наиболее часто отжигают порошки полученные

механическим измельчением, электролизом и разложением карбонилов.

Классификация порошков - это процесс разделения порошков по величине

частиц. Порошки с различной величиной частиц используют для составления

смеси, содержащей требуемый процент каж-дого размера. Классификация

частиц размером более 40 мкм производят в проволочных ситах. Если

свободный просев затруднен, то применяют протирочные сита. Более мелкие

порошки классифи-цируют на воздушных сепараторах.

Приготовление смесей. В производстве для изготовления изделий

используют смеси порошков разных металлов.Смешивание порошков есть одна из

важных операций и задачей ее является обеспечение однородности

смеси,так как от этого зависят конечные свойстваизделий. Наиболее часто

применяют механическое смешивание компонентов в шаровых мельницах и

смесителях. Соотношение шихты и шаров по массе 1:1. Смешивание

сопровождается измельчением компонентов. Смешивание без измельчения прово

дят в барабанных, шнековых, лопастных, центробежных, планетарных, конусных

смесителях и установках непрерывного действия.

Равномерное и быстрое распределение частиц порошков в объеме смеси

достигается при близкой по абсолютной величине плотности смешиваемых

компонентов.При большой разнице абсолютной величины плотностей

наступает расслоение компонентов .В этом случае полезно применять

раздельную загрузку компонентов по частям: сначала более легкие с каким-

либо более тяжелым , затем остальные компоненты.Смешивание всегда лучше

происходит в жидкой среде, что не всегда экономически целесообразно из-

за усложнения технологического процесса.

При приготовлении шихты некоторых металлических порошков высокой

прочности ( вольфрама , карбидов металлов) для повышения формуемости в

смесь добавляют пластификаторы - вещества смачивающие поверхность частиц.

Пластификаторы должны удовлетворять требованиям: обладать высокой

смачивающей возмож-ностью,выгорать при нагреве без остатка , легко

растворяться в органических растворителях .Раствор пластификатора обычно

заливают в перемешиваемый порошок, затем смесь сушат для удаления

растворителя.Высушенную смесь просеивают через сито.

Дозирование - это процесс отделения определенных объемов смеси

порошка.Различают объемное дозирование и дозирование по массе.Объемное

дозирование используют при автоматизированном формовании изделий.

Дозирование по массе наиболее точный способ, этот способ обеспечивает

одинаковую плотность формования заготовок.

Для формования изделий из порошков применяют следующие способы:

прессование в стальной прессформе, изостатическое прессование,

прокатку порошков, мундштучное прессование , шли-керное

формование,динамическое прессование.

Прессование в стальной прессформе

При прессовании, происходящем в закрытом объеме (рис.6) воз-никает

сцепление частиц и получают заготовку требуемых формы и размеров. Такое

изменение объема происходит в результате смеще-ния 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.

[pic]

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

процесса уплотнения.

сформе ( 1-матрица, 2-пуансон,

3- нижний пуансон, 4- порошек)

и схема распределения давления по высоте.

У хрупких материалов деформация проявляется в разруше-нии выступов

частиц. Кривая процесса уплотнения частиц порошка (рис.7) имеет три

характерных участка. Наиболее интенсивно плотность нарастает на участке

A при относительно свободном перемещении частиц, занимающих пустоты.

После этого заполнения пустот возникает горизонтальный участок B кривой,

связанный с возрастанием давления и практически неизменяющейся

плотностью.т.е. неизменным объемом порошка. При достижении предела

текучести при сжатии порошкового тела начинается деформация частиц и

третья стадия процесса уплотнения (участок С! ‘ ). При перемещении частиц

порошка в прессформе возникает давление порожка на стенки. Это давление

меньше давления со стороны сжима-ющего порошок пуансона (рис.6) из-за

трения между частицами и боковой стенкой прессформы и между отдельными

частицами. Величина давления на боковые стенки зависит от трения между

части-цами, частицами и стенкой прессформы и равна 25...40%

вертикального давления пуансона. Из-за трения на боковых стенках по высоте

изделия вертикальная величина давления получается неоди-наковой: у

пуансона наибольшей, а у нижней части - наименьшей (рис.6). По этой

причине невозможно получить по высоте отпрес-сованной заготовки равномерную

плотность. Неравномерность плотности по высоте заметна в тех случаях,

когда высота больше ми-нимального 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).

[pic]

Рис.8 Схема распределения плотности по вертикальному

сеченю спрессованного порошка при одностороннем приложении давления

(сверзу).

В вертикальном направлении каждый верхний слой оказывается- тоньше

нижележащего. Изгиб слоев объ-ясняется меньшей скоростью перемещения

порошка у стенки из-за трения, чем в центре. Наибольшая плотность

получается на расс-тоянии около 0.2...0.3 наименьшего поперечного размера

прессуе-мого 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.

При выталкивании изделия из прессформы из-за упругого увеличения

ее поперечных размеров, размеры изделия несколько превышают размеры

поперечного сечения матрицы. Величина изменения размеров зависит от

величины зерен и материала порошка, формы и состаяния поверхности

частиц, содержания окислов, механических свойств материала, давления

прессования, смазки, материала матрицы и пуансона и других параметров.

В направлении действия прессующего усилия изменения размеров больше, чем

в поперечном направлении.

Представленная схема (рис.6) показывает одностороннее прессование,

которое применяют для прессуемых изделий с соотношением высоты И к

наименьшему размеру поперечного сечения d:H/d = 2...3. Если это

соотношение больше 3, но меньше 5, то применяют схему двухстороннего

прессования; при большем соотношении размеров применяют другой метод.

Прессование сложных изделий, т.е. изделий с неодинаковыми размерами в

направлении прессования, связано с трудностями обеспечения равномерной

плотности спрессованного изделия в различных сечениях. Эту задачу решают

путем применения нескольких пуансонов, через которые прикладывают к

порошку различные уси-лия (рис.9). Иногда при изготовлении изделий

сложной формы предварительно прессуют заготовку, а затем придают ей

окончательную форму при повторном обжатии - прессовании и спекании.

[pic]

Рис.9 Схема прессования в прессформе сложного изделия: 1- пуансон,2-

пуансон, 3-матрица,

4- нижний пуансон.

При прессовании кроме стальных прессформ - основного инструмента

производства используют гидравлические универсальные или механические

прессы. Для прессования сложных изделий ис-пользуют специальные

многоплунжерные прессовые установки.

Давление прессования зависит в основном от требуемой плотности

изделий, вида порошка и метода его производства. Давление прессования

зависит в основном от требуемой плотности изделий, виде порошка и метода

его производства. Давление прессования в этом случае может составлять

(3...5) Gт пределов текучести материала порошка.

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 гер-метизации 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 н необходимость

механической обработки при изготовлении изделий точной формы и размеров,

а также малая производительность процесса.

Прокатка порошков заключается в захвате и подаче в зазор под

действием сил трения вращающихся валков порошка и сжатии порошка

(рис.10). При этом получают равномерно спрессованное изделие больной

длины с прочностью достаточной для транспорти-ровки на следующую

операцию -

[pic]

[pic]

Рис. 10 Схема прокатки: а- компактного металла, б-д - порошка, в-

вертикальная, г- горизонтальная

с гравитационной подачей порошка, д- горизонтальная с принудительной

подачей порошка;

1- валки, 2-бункер, 3- порошек, H- ширина захвата, h- толщина

ленты.

спекание. Прокатку проводят в вертикальной и горизонтальной

плоскостях, периодически и непре-рывно.

Толщина и плотность заготовки зависят от химического и

гранулометрического состава порошка, формы частиц, конструкции бункера,

давления порожка на валки, состояния поверхности валков и скорости их

вращения и других факторов.

Мундштучное прессование - это формование заготовок из смеси

порошка с пластификатором путем продавливания ее через отверс-

тие 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. 11.

[pic]

Рис.11 Схема мунштучного прессования.

При прессовании труб в обойме

1 с мундштуком 2 переменного сечения устанавливают иглу-стер-

жень 3, закрепляемую в звездочке 4. Над обоймой находится мат-

рица и, соединенная с обоймой гайкой 5. Из матрицы выдавливание

пластифицированной смеси производится пуансоном 7. Допустимое

обжатие

k=(F-f)/f*100%

должно быть более 90%; здесь F и f - площади поперечного се-

чения матрицы и изделия.

Обычно мундштучное прессование выполняют при подогреве ма-

териала изделия и в этом случае обычно не используют пластификатор;

порошки алюминия и его сплавов прессуют при 400...GOC*C, меди -

800...900*С, никеля - 1000...1200 С, стали - 1050...1250 *С. Для

предупреждения окисления при горячей обработке применя-ют защитные среды

(инертные газы, вакуум) или прессование в защитных оболочках (стеклянных,

графитовых, металлических - мед-ных, латунных,медно-железной фольге).

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 метал-ла 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

устой-чива в течение длительного времени. Форму для ликерного литья

изготовляют из гипса, нержавеющей стали, спеченного стеклянного

порошка.Формирование изделия после заливки формы взвесью порош-ка

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. Вре-мя 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.

Плотность изделия достигает 60%, связь частиц обусловлена

механическим зацеплением.

Этим способом изготовляют трубы, сосуды и изделия сданной формы.

Динамическое прессование - это процесс прессования с использованием

импульсных нагрузок. Процесс имеет ряд преимуществ: уменьшаются расходы

на инструмент, уменьшается упругая деформация, увеличивается плотность

изделий. Отличительной чертой процесса является скорость приложения

нагрузки. Источником энергии являются: взрыв заряда взрывчатого вещества,

энергия электри-ческого разряда в жидкости, импульсное магнитное поле,

сжатый газ, вибрация. В зависимости от источника энергии прессование

называют взрывным, электрогидравлическим, электромагнитным,

пневмомеханическим и вибрационным. Установлено значительное вы-деление

тепла в контактных участках частичек, облегчающее процесс их

деформирования и обеспечивающее большее уплотнение, чем при статическом

(обычном) прессовании. Уплотнение порошка под воздействием вибрации

происходит в первые 3-30 с. Наиболее эффективно использование вибрации

при прессовании порошков неп-ластичных и хрупких материалов. С применением

виброуплотнения удается получить равноплотные изделия с отношением высоты

к ди-аметру 4...5:1 и более.

Спекание.

Спеканием называют процесс развития межчастичного сцепле-

ния и формирования свойств изделия, полученных при нагреве

Страницы: 1, 2, 3