Файл: Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов.pdf

снижалось давление прессования, необходимое для достижения заданной пористости.

Исследование влияния активных смазок на величину упругого расширения прессовок после извлечения их из матриц (упругое последствие) показало, что в этом случае активная смазка играет положительную роль, сильно уменьшая величину упругого расши­ рения, т. е. в присутствии поверхностно-активных веществ проис­ ходит более полная релаксация упругих напряжений с заменой упругих деформаций пластическими. Это имеет огромное значе­ ние для получения точных размеров изделия.

В последние годы проводятся экспериментальные работы по исследованию процесса прессования металлических порошков с применением вибрации [5].

Сочетание низкого статического давления с вибрацией позво­ ляет получать заготовку, а в ряде случаев и окончательное изде­ лие с равномерной пористостью, более высокой плотностью и раз­ нообразной довольно сложной формы.

Использование небольшого статического давления при вибра­ ционном уплотнении значительно упорядочивает поведение поро­ шка при формовании, исключая хаотическое перемещение его частиц.

На кафедре технологии машиностроения МТИ при исследова­ нии процесса прессования крутильных колец с максимально воз­ можным фасонированием профиля заготовки кольца возникли большие трудности при достижении равномерного прессования сложного контура. Единственно возможным, пожалуй, будет виб­ рационное уплотнение при небольших статических нагрузках.

Однако перспектива получения однородных деталей высокого качества, а также возможность осуществления технологического процесса без использования многотонных прессов весьма заман­ чива.

Экспериментальные работы по применению взрыва для уплот­ нения порошка проведены Номура Йокан и Кимура Ясуюки [6]. С помощью взрыва проводилось уплотнение порошков карбониль­ ного железа с разным размером частиц (3—20 мк) с применением и без применения связки из фенольной смолы. Оказалось, что часть образцов не спрессовалась, тогда как при статическом прессовании такого же порошка прессовки получились во всех случаях.

Это свидетельствует о том, что факторы, определяющие прессуемость порошков, при статических и динамических методах различны. Микроисследование прессовки с внутренней полостью обнаружило следы оплавления вблизи полости.

Для повышения механической прочности прессовки полуфабри­ каты подвергают так называемому спеканию. Спекание является наиболее ответственной технологической операцией, от которой в значительной степени зависят свойства изделий и прежде всего механическая прочность, непосредственно зависящая от величины и характера контактной поверхности.

12

Врезультате спекания происходит превращение частиц спрес­ сованного порошка в компактное металлическое тело.

Впроцессе прессования большинства металлических порошков не удается достичь значительной прочности изделий, что объяс­ няется наличием пленок, покрывающих поверхность металлических частиц и препятствующих возникновению контакта между части­ цами.

За последние 10—15 лет советскими учеными проведено много теоретических и экспериментальных исследований процессов спе­ кания.

Важнейшими современными теориями спекания являются тео­ рии советских ученых Я. И. Френкеля, Б. Я- Пинеса, В. И. Ивенсена, М. Ю. Балынина, И. М. Федорченко, Г. А. Меерсона и др.

Из теорий спекания, развитых зарубежными исследователями, следует упомянуть теории Кучинского, Джонсона и др. Однако несмотря на большое количество исследований процесса спека­ ния, проведенных различными учеными, до сих пор не внесена ясность в этот вопрос. Выводы различных авторов нередко про­ тиворечивы. До сих пор имеются различные точки зрения и серь­ езные разногласия.

Целесообразно привести выводы, которые сделаны Лихтманом [4], о процессе спекания порошковых материалов.

В процессе спекания решающее значение для образования кон­ тактной поверхности между металлическими частицами имеют три основных процесса: релаксация внутренних напряжений, воз­ никающих при прессовании и локализованных в местах контак­ тов; восстановление поверхностных окислов и поверхностная и объ­ емная диффузия атомов металлов, приводящая к выравниванию профиля частиц, собирательной рекристаллизации между части­ цами и усадке (уменьшению объема пор).

Роль и значение каждого из этих процессов меняются в зави­ симости от температуры спекания.

Режимы спекания, применяемые при изготовлении спеченных изделий, даны в табл. 5.

Спекание производят в защитной или нейтральной атмосфере при температуре ниже точки плавления порошка или ниже темпе­ ратуры плавления основного металла в многокомпонентной си­ стеме порошков. В качестве защитной атмосферы применяют во­ дород, смесь азота с водородом, диссоциированный аммиак и др. После спекания изделия охлаждают в защитно-восстановитель­ ной атмосфере.

Спеченные изделия пропитывают маслом. Пропитывание пори­ стых подшипников производят путем погружения их в масло, име­ ющее температуру 110—120° С, на 1,5— 2 ч, а затем до полного остывания в масле при комнатной температуре.

Другим способом является вакуумная пропитка в специаль­ ных установках. Пропитывание производят индустриальным мас­ лом марок 12 и 20.

13

Масловпитываемость (в %) определяют по формуле

М = ^ — 100,

Рі

где Р2— масса втулки после пропитки, г; Р1 — масса втулки до пропитки, г.

Прочность спеченных изделий можно повысить, применяя до­ полнительные технологические операции. К числу таких операций, относятся калибрование, обжатие, сплавление с добавлением лег­ коплавких металлических порошков, повторное спекание и др.

• Калибрование может обеспечить 2—3 класс точности и чистоту поверхности до 10—11 класса.

Когда нельзя предусмотреть точные размеры подшипников, из­ готовляют заготовки с небольшим припуском на обработку реза­ нием. После калибрования или обработки резанием для пополне­ ния потерянного масла подшипники подвергают повторному про­ питыванию в течение 1—2 ч.

Спеченные изделия на железной основе можно подвергать раз­ личным видам химико-термической обработки (азотированию, це­ ментации), а также поверхностному насыщению различными металлами: алюминием (алитирование), хромом (хромирование), цинком (цинкование) и др.

Физико-механические свойства пористых спеченных материалов

Значительные исследования физико-механических свойств спе­ ченных железографитовых материалов проведены В. Е. Микрюковым и Н. 3. Поздняком [7]. Кроме твердости, прочности при рас­ тяжении и сжатии, удлинения, они исследовали также теплопро­ водность и электропроводность.

Было установлено следующее:

1.Теплопроводность и электропроводность пористых железо­ графитовых материалов в большей степени зависят от содержа­ ния углерода, чем от пористости. С увеличением пористости теп­ лопроводность и электропроводность уменьшаются.

2.Твердость зависит от пористости и структурных состав­ ляющих материала. С повышением пористости твердость пони­

жается.

3.Предел прочности железографитового материала уменьша­ ется с увеличением пористости. Так, изменение пористости на 7% снизило прочность материала более чем в два раза.

4.Удлинение при растяжении еще более резко изменяется в за­ висимости от пористости, чем предел прочности при растяжении. Изменение пористости на 7% снизило удлинение в 3,5 раза.

5.Изотермы теплопроводности в зависимости от состава уг­ лерода показывают, что у пористых сплавов теплопроводность

14

уменьшается почти в два раза при увеличении содержания угле­ рода от 0,06 до 0,32%. При большем содержании углерода теп­ лопроводность изменяется незначительно.

6. Металлографический анализ показал, что у пористых желе­ зографитовых материалов без термической обработки после спе­ кания структура образцов неоднородна как на периферии, так и в сердцевине.

В. С. Раковский, излагая основы порошкового металловедения [S], также уделяет внимание прочности спеченных материалов и на основании многочисленных экспериментальных работ, проведен­ ных многими исследователями, в том числе и самим автором, де­ лает попытки сформулировать некоторые общие положения и вы­ воды.

Отмечая, что прочность спеченных материалов находится в пря­ мой зависимости от пористости и падает с увеличением послед­ ней, автор приводит уравнение Б. Я- Пинеса, выражающее эту за­ висимость:

Р = Р0(1 -іш ).

где п — пористость, %; |х — плотность компактного материала;

Р0 — механическая прочность компактного материала.

Далее В. С. Раковский рассматривает, как влияет на механи­ ческую прочность введение добавочных компонентов, температура которых значительно ниже температуры плавления основных ком­ понентов. Отмечается, что влияние легкоплавких добавок может быть двояким: в одном случае они способствуют повышению проч­ ности (например, добавки олова к меди), в другом снижают проч­ ность (например, присадка висмута к меди).

Значительное влияние на механическую прочность, по мнению автора* оказывают форма и величина частиц порошков, а также состояние поверхности частиц, т. е. наличие поверхностных окис­ лов. Прочность обычно возрастает с усложнением формы частиц, так как в этом случае возрастает контактная поверхность и появ­ ляется влияние механических зацеплений между частицами. По­ вышение дисперсности порошков влияет на увеличение контактной поверхности, а следовательно, и на прочность материала.

В работах, выполненных В. С. Раковским, Е. Н. Германом и др., отмечается, что у спеченных материалов наблюдается боль­ шая разница прочности на сжатие, изгиб и разрыв.

Для подавляющего большинства спеченных материалов а Изг больше аВр обычно в 2,5—3,0 раза, а асж больше а изг также в 2,0— 3,0 раза.

На усталостную прочность спеченных материалов заметно вли­ яют характер структуры и степень пластичности материала. Ус­ талостная прочность повышается с увеличением дисперсности спе­ ченных материалов за счет общего увеличения прочности.

Обширные исследования модуля упругости и усадки спеченной стали выполнил Мак-Адам. Для сплавов на железной основе не­ зависимо от сорта легирующих присадок проф. Ф. А. Айзенкольб

15

[9] приводит формулу Мак-Адама для определения модуля упру­ гости, который является функцией относительной плотности Ѳ:

плотности исследовал М. Ю. Балынин [2]. Он предложил формулу для определения прочности прессованных (неспеченных) загото­ вок:

Ѳт ,

где Ѳт — относительная плотность; (7к — прочность компактного материала (при 100%-ной плот­

ности).

М. Ю. Бальшин рекомендует применять эту формулу и для спеченных материалов, рассматривая,спекание как сжатие порош­ кообразной массы металла под действием межатомных сил. Пока­ затель т колеблется от 3 до 6. Величина показателя т для ре­ жимов спекания, обеспечивающих максимальные свойства, состав­ ляет 3, тогда для спеченных материалов эта формула примет

следующий вид:

_ пт

Овр. сп — С’вр. к ° *

где сгвр. сп и сгвр.к — пределы прочности при растяжении соот­ ветственно спеченного и компактного ме­ талла.

Влияние температуры на механические свойства пористых тел в общем аналогично влиянию температуры на механические свой­ ства компактных материалов. Механические свойства спеченного пористого железа в зависимости от крупности частиц исходных порошков при одинаковой пористости по данным С. А. Цукермана [10] приведены в табл. 5.

Т а б л и ц а 5

В табл. 6 по данным Н. Ф. Вязникова и С. С. Ермакова [11] приведены основные свойства спеченных железографитовых под­ шипниковых втулок с различной пористостью и различным содер­ жанием графита, полученных при оптимальном удельном давле­ нии и оптимальной температуре спекания.

Коррозионная стойкость спеченных материалов меньше корро­ зионной стойкости компактных.

16