Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

Газы, содержащиеся в порошках (кислород, водород, окись углерода и азот), ухудшают прессуемость и качество прессовок. Поэтому для получения изделий с высокими механическими пока­ зателями необходимо порошок дегазировать в вакууме.

§ 4. Формообразование металлокерамических изделий

Подготовка шихты. Это ответственная операция, от которой в значительной степени зависит качество готовой прессовки. Она за­ ключается в очистке порошков, предварительной их обработке, классификации, смешивании, осреднении и грануляции.

Очистка производится химическим, гидромеханическим и маг­ нитным способами. Механической обработкой дополнительно из­ мельчают частицы в шаровых мельницах до требуемых величин.

Для снятия наклепа, уменьшения окисленное™ и улучшения физико-химической однородности порошков из сплавов производят отжиг порошков в восстановительной Или защитной атмосфере.

Для получения порошков с частицами определенного размера или частицами, состоящими из вполне установленного процентного

Смешивание порошков различных материалов иногда с весьма различными свойствами должно быть весьма равномерным во из­ бежание брака готовых изделий. Смешивание может быть сухое и мокрое. Последнее применяют для получения смесей материалов, резко отличающихся по удельному весу и другим свойствам (на­ пример, железо и графит). В качестве жидкой среды используется спирт, бензин, глицерин и дистиллированная вода.

Грануляцию производят с целью улучшения текучести и прес­ суемое™ порошков. Она заключается в образовании временно устойчивых комочков, состоящих из сравнительно большого числа весьма тонких частиц порошка. В порошок вводят склеивающие или пластифицирующие присадки (стеарат цинка, парафин), кото­ рые смазывают поверхности частиц, облегчая их скольжение друг относительно друга при прессовании. Иногда в шихту вводят и другие присадки для изменения свойств прессовок.

Прессование. Для получения изделий заданной формы и раз­ мера порошковая шихта подвергается/прессовапию в пресс-формах (рис. 286). Навеска порошка, зависящая от величины и требуемой плотности прессовки, засыпается в матрицу, затем в нее вставля­ ется пуансон, которым порошок уплотняется (рис. 286, а). После снятия давления изделие выпрессовывается из матриц. Выпрессовка обычно осуществляется пуансоном, при этом матрица устанав­ ливается на подкладное кольцо-вилку (рис. 286, б).

Порошок под давлением пуансона ведет себя в некоторой мере сходно с жидкостью — он стремится растекаться в стороны. Это вы­ зывает боковое давление на стенки матриц. Однако в отличие от жидкости, где давления во все стороны равны, у порошков боковое

давление значительно меньше давления прессования. Последнее объясняется трением частиц друг о друга, заклиниванием их и другими факторами.

В процессе прессования частицы порошка подвергаются как пластической, так и упругой деформации, в результате чего в бри­ кете возникают остаточные напряжения. После снятия давления, особенно после выпрессовки, изделия стремятся увеличить свои раз­ меры за счет этих напряжений (упругое последействие).

\Рпр

{, г/см3

7

6

5

Стремление брикета деформироваться в стороны в результате упругого последействия создает давление на стенки матриц, что вызывает необходимость приложения значительного усилия для вы­ прессовки. Величина упругого последействия в направлении прес­ сования может доходить до 5—6%, а в направлении, перпендику­ лярном прессованию,— 1—3%.

Увеличение плотности прессовок с повышением давления про­ исходит крайне неравномерно (рис. 287). Это объясняется следую­ щим. Вначале при небольших давлениях уплотнение порошка про­ исходит в основном за счет взаимного перемещения частиц. Работа прессования на этом этапе в основном заключается в преодолении сил механического трения между частицами. Уплотнение частиц происходит неравномерно ввиду различной их взаимной ориенти­ ровки, сил трения о стенки матрицы, образования «мостиков», «арок» и т. п. По мере повышения давления «мостики», «арки» раз­ рушаются, в поры между крупными частицами проникают более мелкие, происходит некоторая деформация самих частиц. При даль­ нейшем уплотнении происходит пластическая деформация кон­ тактных участков и их расширение.

Если при свободной засыпке порошка контакт между частица­ ми в основном является неметаллическим из-за наличия на их по­ верхности пленок адсорбированных газов, окислов и т. д., то при скольжении частиц эти пленки разрушаются, обнажая чистую ме­

460

таллическую контактную поверхность. При дальнейшем увеличе­ нии давления деформация частиц увеличивается, некоторые части­ цы и блоки ранее спрессованных частиц разрушаются. Описанные процессы происходят на всем протяжении прессования, однако в начальной стадии преобладает перемещение частиц друг относи­ тельно друга, в конечном — их деформация и разрушение.

Факторы, влияющие на процесс прессования. На процесс прес­ сования оказывают влияние такие факторы, как скорость пуансона, вибрация, повторное прессование и др. С увеличением скорости плотность изделий при одном и том же давлении прессования уменьшается. Вибрация и повторное прессование увеличивают плотность.

Двустороннее прессование дает более равномерную плотность прессовок. Давление прессования снижается при этом на 30—40% по сравнению с односторонним.

Уменьшение трения порошков о стенки пресс-форм достигает­ ся введением в шихту смазки (олеиновая кислота, стеарат цинка и др.). Поверхностно-активные смазки не только уменьшают меж­ частичное и внешнее трение, но, проникая в субмикроскопические трещины частиц и расклинивая их, способствуют разрушению и пластической деформации металла частиц. Все это снижает давле­ ние прессования. Введение смазки уменьшает также эффект упру­ гого последействия прессовок.

Уменьшение размеров частиц и увеличение содержания окис­ лов повышают упругое последействие. Последнее для порошков хрупких металлов, как правило, больше, чем для пластичных.

В связи с тем, что при прессовании частицы несколько ориен­ тируются и сжимающие усилия в направлении прессования выше, чем боковые давления, прессовкам присуща анизотропия свойств: механические свойства в направлении прессования выше, чем в перпендикулярном ему направлении.

Влияние различных добавок в шихту на процесс прессования сказывается по-разному и зависит от их дисперсности, твердости, смазывающих свойств и т. д. Так, небольшие добавки графита в железный порошок улучшают его прессуемость за счет уменьшения сил межчастичного трения. Однако присутствие графита увеличи­ вает упругое последействие. При значительном содержании гра­ фита прессуемость композиции «железо-}-графит» ухудшается.

Отрицательно сказываются на прессуемости добавки твердого и хрупкого кремния. Порошки меди и молибдена незначительно влияют на прессуемость железных порошков. Прессуемость порош­ ков сплавов, как правило, хуже, чем чистых металлов.

Увеличение высоты прессовки повышает неравномерность рас­ пределения плотности по высоте и требует увеличения давления.

Выдержка прессовки под давлением несколько увеличивает ее плотность (2—3%), однако в практике она нецелесообразна. До­ прессовка спеченных изделий производится для получения кон­ струкционных деталей высокой плотности при относительно малых давлениях.

461

Техника прессования. Различают одностороннее и двусторон­ нее прессование.

Одностороннее прессование (рис. 286) применяется при изго­ товлении изделий простейшей конфигурации, у которых отношение длины (высоты) к диаметру (толщине стенки или ширине изделия) не более 2. Основным недостатком этой схемы является неоднород­ ность свойств прессовок по высоте.

Двустороннее прессование (рис. 288) применяется для изделий, у которых отношение длины (высоты) к диаметру (толщине сте-

Рис. 288. Двустороннее прессование:

а— начало; б— конец; в —выпрессовка

нок) более 2 или форма изделия такова, что одностороннее прессо­ вание не обеспечивает требуемой плотности по всей высоте.

При определении размеров пресс-форм необходимо учитывать последействие брикетов, изменение размеров брикета в результате усадки при спекании, допуски на размеры изделий и припуски на калибровку (в пределах 0,25—0,50 мм), конусность полости мат­ рицы (порядка 0,5—1°) для облегчения выталкивания брикета, де­ формацию матрицы.

Высоту матрицы рассчитывают из условия, что в ней должен вместиться весь порошок, идущий на деталь. Обычно высота матри­ цы в 2,5—4 раза больше высоты прессовки.

Зазоры между сопрягаемыми деталями пресс-форм (пуансо­ ном и матрицей) должны обеспечить-выход воздуха, выдавливае­ мого из пор прессуемого порошка.

Детали пресс-форм изготавливают из высокоуглеродистых ле­

Стойкость пресс-форм колеблется от 1—2 тыс. до 25—50 тыс. прессовок в зависимости от материала пресс-форм, прессуемой шихты и плотности изделия. Пресс-формы из твердого сплава мо­ гут выдержать до 500 тыс. прессовок. •

462