Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Установлено, что с увеличением дисперсности порошка процессспекания ускоряется. Так как запас поверхностной энергии тем больше, чембольше суммарная поверхность частиц, то процесс спекания ускоряется сувеличением их дисперсности и шероховатости, а плотность и прочность изделийвозрастают. При одной и той же плотности механические и электрическиесвойства изделий после спекания тем выше, чем дисперснее исходный порошок.Шероховатость поверхности частиц и дефектность кристаллическогостроения способствуют усилению диффузионной подвижности атомов, чтопозволяет получать более плотные и прочные изделия.Структура спеченных из тонких порошков изделий отличается наличиембольшого числа крупных зерен, выросших в результате рекристаллизации приспекании.Интенсификации спекания способствуют оксиды, содержащиеся в большомколичестве в мелких порошках и восстанавливающихся в процессе спекания.В общем случае на изменение плотности и свойств прессовок при спеканиивлияют величина и состояние поверхности частиц, содержание оксидов инесовершенства кристаллического строения.Давление прессования.
Увеличение давления прессования приводит кувеличению исходной плотности спекаемых изделий и к уменьшению объёмной илинейной усадок. Это связано с тем, что при большей плотности материал имеетбольший коэффициент вязкости или сильнее сопротивляется изменениям объёмапод воздействием усилий, возникающих при спекании. Так как плотностьпрессовок неодинакова по высоте, то при спекании усадка в средней частипрессовки больше, чем у её торцов, пористость в которых после прессованияменьше. При спекании мелкозернистых порошков наблюдается выравниваниепористости как между прессовок с разной исходной плотностью, так и междуместами с неоднородной плотностью у одной и той же прессовки.Увеличение давления прессования приводит к повышению твердости,сопротивления разрыву и сжатию, т.е.
к повышению всех показателей прочностиспеченных изделий.Температура спекания. С повышением температуры спекания плотность ипрочность спеченных изделий возрастают и тем быстрее, чем ниже давлениепрессования.В области низких температур усадка незначительна, так как происходитиспарение влаги, удаление адсорбированных газов и восстановлениеповерхностных оксидов.В области высоких температур происходит значительный ростметаллического контакта между частицами, уплотнение пор под действием силповерхностного натяжения и усадка прессовки.Большое значение имеет скорость подъёма температуры при спекании.
Прибыстром подъёме в крупногабаритных изделиях может наблюдаться местноеразличие в величине усадки из-за неравномерности прогрева, что приводит кискажению формы изделия.Продолжительность спекания. Выдержка спрессованных изделий припостоянной температуре спекания вызывает сначала резкий, а затем болеемедленный рост плотности, прочности и других свойств. Максимальнаяпрочность достигается за довольно короткое время и при дальнейшем увеличениивремени изотермической выдержки она практически остаётся неизменной. Напрактике выдержка при спекании варьируется от нескольких десятков минут донескольких часов в зависимости от температуры спекания, состава и требуемойплотности изделия, его размеров и других факторов.Атмосфера спекания существенно влияет на результаты. Сравнениерезультатов спекания, проводимого в различных средах, свидетельствует о том,что при спекании в восстановительной среде достигается большая плотность, чемпри спекании в нейтральной среде.
Это объясняется химическим воздействиемвосстановительной среды на оксидные пленки, приводящим к их уничтожению.Благодаря этому активируется миграция атомов металла к контактным участкамсоприкасающихся частиц.Очень полно и быстро происходит спекание в вакууме, которое посравнению со спеканием в нейтральной среде в большинстве случаев начинаетсяпри более низких температурах и даёт повышенную плотность изделий.Влияние атмосферы спекания возрастает, если к ней добавить некоторыесоединения, активирующие процесс спекания (например, пары галогенидов). Вэтом случае атомы металла на выступах как наиболее активные реагируют стакими добавками, а образующиеся соединения снова восстанавливаются дометалла, атомы которого в свою очередь конденсируются в местах сминимальным запасом свободной энергии (стыки частиц, впадины наповерхности частиц), благоприятствуя переносу вещества через газовую фазу.Активированная атмосфера может благоприятно влиять на процесс спекания ивследствие удаления примесей и рафинирования спекаемого материала.9.5 Горячее прессованиеГорячим прессованием называют одновременное прессование и спеканиепорошков.
Совмещение прессования и спекания в одной операции позволяетреализовать наблюдаемое при повышении температуры увеличение текучестиматериалов и получать фактически беспористые изделия и изделия из большогокласса материалов, для которых применение других методов затруднительно илидаже невозможно (например, карбидов, боридов и других сверхтвёрдыхматериалов).Наиболее существенными достоинствами горячего прессования следуетсчитать максимально быстрое уплотнение материала и получение изделия сминимальной пористостью при сравнительно малых удельных давленияхпрессования.В отличие от холодного прессования выдержка под давлением при горячемпрессованием значительно увеличивается, что необходимо для прохожденияпроцесса спекания, время которого при наличии внешнего давления в своюочередь значительно сокращается.Температуру горячего прессования выбирают в зависимости от природыспекаемого материала, и она составляет 0,5 – 0,9 Т пл.
основного компонента.Механизм уплотнения при горячем прессовании аналогичен наблюдаемомупри спекании и включает образование механического контакта, рост плотности содновременным увеличением размеров частиц и дальнейший рост частиц принезначительном дополнительном уплотнении.Свойства горячепрессованных изделий значительно зависит от условийпроведения процесса. Обычно такие изделия обладают более высоким пределомпрочности, повышенной твердостью, лучшей электропроводностью и болееточными размерами, чем изделия, полученные путем последовательногопрессования порошка и спекания прессовки.
Эти свойства тем выше, чем большедавление прессования. Горячепрессованные изделия отличаются мелкозернистойструктурой и нередко по механическим свойствам не уступают аналогичнымдеталям из литых материалов.Горячим может быть любой из известных способов формования. Этопрессование в пресс-формах, прокатка, динамическое прессование. Наиболеераспространено горячее прессование в пресс-формах. Для нагрева обычноиспользуется электрический ток, хотя пресс-форма с порошком или порошокмогут быть нагреты и иным способом до приложения давления к порошку. Нарисунке 65 представлена схема двустороннего горячего прессования с косвеннымнагревом.
На практике часто применяется прямой нагрев при подводе тока кматрице или пуансонам, а также индукционный нагрев.Материалом для изготовления прессформ служат жаропрочные сплавы играфит. В настоящее время всё шире находят применение пресс-формы изтугоплавких оксидов и других химических соединений.
Для предотвращениявзаимодействия прессуемого материала с материалом пресс-формы внутреннююеё поверхность покрывают каким-либо инертным составом (например, жидкимстеклом, эмалью) или металлической фольгой. Кроме того, для предохраненияпрессуемого материала от окисления применяют защитные среды(восстановительные, инертные или вакуум).При горячем прессовании важную роль играет способ приложения и снятиянагрузки. Целесообразно сначала быстрее нагреть порошок, а затем прикладыватьдавление.
В этом случае улучшается условия удаления газов, адсорбированныхпорошком, что способствует его уплотнению. Снимать давление необходимопосле полного остывания спрессованного изделия, что уменьшает потерюплотности из-за упругого последействия.В промышленности для горячего прессования наиболее широкоераспространение получили специальные гидравлические прессы, в которыхрасположено устройство для нагревания порошка.
Давление прессования итемпературу в них повышают попеременно до требуемой величины.Горячее прессование широко применяют в тех случаях, где требуетсяполучить высокие механические и физические свойства (высокую прочность итвердость, хорошую электропроводность и точные габаритные размеры). Горячеепрессование часто является единственным методом изготовления крупных иплотных заготовок из некоторых тугоплавких металлов и материалов.Однако, несмотря на большие достоинства, горячее прессование уступаетраздельному процессу прессования и спекания по производительности и поэнергетическим затратам из-за сложности оборудования.
К недостаткам горячегопрессования следует отнести и трудность автоматизации процесса.9.6 Спеченные порошковые материалыРазработаны и применяются на практике большое количество спеченныхпорошковых материалов. Наибольшее применение получили конструкционныеспеченныематериалы,фрикционные,антифрикционные,пористые,электрохимические и жаропрочные порошковые материалы.Спеченные антифрикционные материалы применяются при изготовленииподшипников скольжения, работающих в условиях трения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
