Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Такое перемещение может совершаться как по поверхноститела (поверхностная диффузия), так и в его объёме (объёмная диффузия).Движение атомов происходит по имеющимся в кристаллической решеткепустотам, представляющим собой не занятые атомами узлы решетки илисвободные промежутки в самой кристаллической решетки.При одной и той же температуре не все атомы частицы обладаютодинаковой подвижностью. Атомы, находящиеся на поверхности частиц иособенно на их выступах, обладают большей подвижностью.

Поэтому вначальный период спекания перемещения испытывают поверхностные атомычастиц и прежде всего атомы, которые располагаются на их выступах какобладающие наибольшим запасом поверхностной энергии. Такие атомы легкопокидают свои места и стремятся занять более устойчивые положения вовпадинахчастиц.Вузкихучасткахмежчастичногопространствавысокоподвижные атомы концентрируются и начинают принадлежатьодновременно нескольким частицам. Такая поверхностная диффузия приводит кувеличению межчастичных контактов и к упрочнению порошковых тел.Наиболее эффективное проявление поверхностной диффузии наблюдаетсяпри низких и средних температурах спекания. При высоких температурахпреимущественное значение приобретает объёмная диффузия, выражающаяся вснижении механической прочности частиц, в повышении пластичности испособности их металла к объёмному течению под действием сил поверхностногонатяжения.

Это вызывает перемещение материала частиц в пространство пор исокращение суммарного объёма пор, что приводит к сближению центров частиц ив общем случае к усадке.Усадка – это изменение размеров нагреваемого порошкового тела приспекании. Величина усадки представляет собой выраженное в процентах илидолях единицы отношение разности между начальным и конечным параметрами кначальному параметру. Она может быть объёмной или линейной и определяетсяформулами:Y=V1 − V0⋅100, %V0H=H1 − H 0⋅100, %H0илигде V0 – объём прессовки до спекания;V1 – объём прессовки после спекания;H 0 – высота прессовки до спекания;H1 – высота прессовки после спекания.Обычно при спекании уменьшается пористость и возрастает плотностьизделий. В начальный период спекания (100 – 150 °С) происходит удаление парови газов адсорбированных на частицах металла, испарение или выгорания смазок иснятие упругих напряжений.

С повышением температуры (0,4 – 0,5 Tпл. )заканчивается снятие упругих напряжений, продолжается дегазация и выгораниесмазок и связующих веществ, происходит восстановление оксидных плёнок, врезультате чего неметаллические контакты заменяются металлическими иувеличивается их площадь. При температуре 0,7 – 0,9 Tпл. заканчиваетсявосстановление оксидов, контакты между частицами становятся полностьюметаллическими, происходит сглаживание поверхности частиц, сфероидизацияпор и окончательное упрочнение.Процесс усадки при спекании характеризуется стремлением системы куменьшению запаса поверхностной энергии, что возможно только за счетсокращения суммарной поверхности порошковых частиц. Поэтому порошки ссильно развитой поверхностью уплотняются при спекании с наибольшейскоростью, как обладающие большим запасом поверхностной энергии. Принагреве прессовки до некоторой температуры и выдержке усадка в начальныймомент происходит быстро, а затем замедляется и почти прекращается.

Приновом подъёме температуры скорость уплотнения снова возрастает и опятьзамедляется через некоторое время. Это происходит при каждом новом подъёметемпературы и связано с тем, что запас поверхностной энергии зависит отвеличины и состояния поверхности частиц или от количества дефектов наединицу площади. В начальный момент нагрева дефектов много и каждая частицастремиться избавиться от них и усадка идет быстро. Затем число дефектовприближается к равновесному для данных условий и усадка замедляется.При спекании прессовок иногда бывают случаи нарушения процессаспекания, выражающиеся в недостаточной степени усадки или даже увеличенииобъёма.

Это может происходить за счет снятия упругих напряжений, возникшихпри прессовании, наличия невосстанавливающихся оксидов, фазовыхпревращений и выделений газов, образующихся при химических реакциях,протекающих при спекании.Спекание многокомпонентных систем характеризуется рядом особенностей,заключающихся в том, что спекание разнородных материалов является болеесложным процессом, в котором наряду с самодиффузией, обуславливающийперенос массы в область контакта частиц, должна происходить гетеродиффузия,обеспечивающая выравнивание концентраций разноименных атомов в пределахобразца. В значительной степени на ход процесса спекания таких системоказывает характер диаграммы состояния компонентов.

При неограниченнойвзаимной растворимости компонентов наибольшее значение имеет объёмнаягетеродиффузия. Усадка в этом случае меньше возможной суммарной усадкикаждого из компонентов системы и зависит от их концентрации в материале. Этообъясняется более низкой подвижностью атомов в твердых растворах посравнению с чистыми металлами и невозможностью получения при смешиванииабсолютно однородной смеси. Поэтому при спекании образуется большоеколичество контактов, скорость диффузии через которые неодинакова.Спекание систем с ограниченной растворимостью или при полнойнерастворимости компонентов осложняется изолированием однородных частицот взаимного контакта, что существенно препятствует протеканиюсамодиффузии, и ухудшает условия спекания.Рекристаллизация – это образование и рост зерен за счет соседних зерентой же фазы.

На первой стадии рекристаллизации из определенных центровобразуется новые зерна с более современной структурой за счет исходных зерен сменее совершенной структурой, и процесс называется первичнойрекристаллизацией. На второй стадии происходит рост образующихся зерен засчет таких же соседних зерен, и процесс называется собирательнойрекристаллизацией. Рост зерен определяетсястремлением системы куменьшению запаса внутренней энергии. Так как в единице поверхностизаключена поверхностная энергия определенной величины, то укрупнение зернаприводит к уменьшению суммарной поверхности и, следовательно, куменьшению запаса свободной энергии в системе. Практически рост зеренпродолжается до их некоторого среднего размера в связи с тормозящим влияниемпосторонних включений, находящихся по границам зерен.

Это поры, примеси ипленки на поверхности порошковых частиц.Увеличение размера зерен при сравнительно небольших температурахпроисходит в поверхностных слоях прессовки и называется поверхностнойрекристаллизацией. С повышением температуры рекристаллизация происходит вовсем объёме прессовки и носит название межчастичной собирательнойрекристаллизации. В общем случае спеченные прессовки характеризуютсясравнительно небольшими размерами зерен.Перенос атомов через газовую фазу при спекании является видомтранспортного механизма, при котором происходит испарение вещества споверхности одних частиц и конденсация его на поверхности других частиц. Всвязи с зависимостью упругости пара над поверхностью от её кривизны веществоиспаряется с выпуклых участков частиц и конденсируется на вогнутойповерхности контакта за счет разности в упругости паров вещества над этимиповерхностями.

Перенос вещества идет в направлении межчастичного контакта,увеличивая его протяженность и соответственно повышая прочностьмежчастичного сцепления. Перенос атомов через газовую фазу способствуетизменению формы пор, но не оказывает влияния на изменение плотности приспекании.Влияние явления переноса вещества через газовую фазу при спекании нафизико-механические свойства тел возрастает с повышением температуры и врезультате химических реакций между спекаемым материалом и газовойатмосферой печи. Например, при восстановлении оксидов образующиеся атомыметалла обладают большой подвижностью и легко переходят в газовую фазу,увеличивая концентрацию в ней паров вещества.

В процессе выдержки притемпературе спекания упругости паров вещества над частицами выравниваются иперенос атомов через газовую фазу прекращается.Спекание порошковых материалов, когда образуется жидкая фаза,называется жидкофазным, при котором происходят процессы, несколькоотличающиеся от процессов твердофазного спекания. В присутствии жидкойфазы, развитие сил сцепления между отдельными частицами порошкаоблегчается, но только в том случае, если она смачивает частицы, остающиесятвердыми. При плохой смачиваемости жидкая фаза тормозит спекание,препятствуя уплотнению.Появление жидкой фазы при спекании, образующейся за счет расплавленияболее легкоплавкого компонента, приводит к увеличению скорости диффузиикомпонентов и облегчает перемещение частиц твердой фазы относительно другдруга, способствует заполнению пор.Различают три стадии спекания в присутствии жидкой фазы:– вязкое течение жидкости и перегруппировка частиц.

На этой стадииобразовавшаяся жидкая фаза заполняет поры и способствуетперегруппировке твердых частиц, что приводит к их более плотнойупаковке;– растворение и осаждение, при котором мелкие частицы растворяются вжидкости, а крупные растут за счет вещества, осаждающегося на них израсплава;– образование жесткого скелета. На этой стадии твердые частицысрастаются, жидкость уже не может затекать в межчастичные промежуткии усадка связана с процессами, имеющими место при твердофазномспекании. В результате срастания частиц образуется жесткий скелет иуплотнение подчиняется закономерностям твердофазного спекания.В реальном процессе жидкофазного спекания в зависимости от природы фази количества жидкой фазы преобладает та или иная стадия спекания.

В общемслучае скорость и степень уплотнения увеличиваются при возрастаниисодержания жидкой фазы. Однако, количество образующейся жидкой фазы недолжно быть слишком большим и не превышать объём твердой фазы, так как этоведет к потере изделием формы, полученной при прессовании. Одновременнонеобходимо иметь в виду, что чрезмерно малое количество жидкой фазы непозволяет в полной мере использовать преимущества спекания с жидкой фазой,так как её объём будет недостаточен для обеспечения требуемой активностисоответствующих процессов при спекании.К жидкофазному спеканию относится метод пропитки жидким металлом,представляющимсобойлегкоплавкуюметаллическуюсоставляющуюкомпозиции, спрессованного и спеченного пористого каркаса из тугоплавкогокомпонента.

При этом жидкий металл или сплав заполняет поры заготовки изтугоплавкого компонента.Применяются два метода пропитки:– метод наложения;– метод погружения.Метод наложения заключается в том, что на пористый каркас помещаютпропитывающий металл в виде кусочка, объём которого равен объёмуимеющихся пор каркаса. После нагрева в печи до соответствующей температурыпроисходит расплавление легкоплавкого металла и расплав впитывается в порытугоплавкого каркаса.Метод погружения состоит в том, что пористый каркас погружают в ваннус расплавленным пропитывающим металлом. Впитывание происходит поддействием капиллярных сил. Температура пропитки обычно превышает на 100 –150 °С температуру плавления пропитывающего металла.9.4.2 Технологические факторы, влияющие на процесс спеканияОсновными технологическими факторами, влияющими на процесс спеканияи свойства спеченных материалов являются:– свойства исходных порошков;– давление прессования;– температура спекания;– продолжительность спекания;– атмосфера спекания.Свойства исходных порошков во многом предопределяют их поведениепри спекании.

Характеристики

Список файлов книги