Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc

Односторонним прессованием полу­чают заготовки простой формы с отноше­нием высоты к диаметру меньше единицы и заготовки типа втулок с отношением наружного диаметра к толщине стенки меньше трех.

Д
вустороннее прессование (рис. 8, б) применяют для формообразования загото­вок сложной формы. В этом случае необ­ходимое давление для получения равно­мерной плотности снижается на 30 - 40 %. Давление прессования зависит от задан­ной плотности, формы прессуемой заго­товки, вида прессуемого порошка и дру­гих факторов. Использование вибрацион­ного прессования позволяет в десятки раз уменьшить прилагаемое давление.

В процессе прессования частицы по­рошка подвергаются упругой и пластиче­ской деформации, в результате чего в за­готовке накапливаются значительные на­пряжения. После извлечения заготовки из пресс-формы размеры ее увеличиваются в результате упругого последействия.

Режимы прессования, величина упру­гого последействия приведены в справоч­ной литературе.

При горячем прессовании технологи­чески совмещаются процессы формообра­зования и спекания заготовки. Температу­ра горячего прессования составляет обыч­но 0,6 - 0,8 температуры плавления по­рошка для однокомпонентной системы, или ниже температуры плавления матрич­ного материала композиции, в состав ко­торой входят несколько компонентов. Благодаря нагреву процесс уплотнения протекает гораздо интенсивнее, чем при обычном прессовании. Это позволяет зна­чительно уменьшить необходимое давле­ние прессования. Методом горячего прес­сования можно получать материалы, ха­рактеризующиеся высокими прочностью, плотностью и однородностью структуры. Этот метод применяют для таких плохо прессуемых и плохо спекаемых компози­ций, как тугоплавкие металлоподобные соединения (карбиды, бориды, силициды).

Основная сложность горячего прессо­вания заключается в выборе материала пресс-формы, который должен иметь дос­таточную прочность при температурах прессования, не реагировать с прессуемым порошком, быть дешевым. При темпера­турах прессования 500 - 600°С в качест­ве материала применяют жаропрочные стали на основе никеля, при температурах 800 - 900°С - твердые сплавы. В случае более высоких температур прессования (до 2500 - 2600°С) единственным мате­риалом для пресс-форм служит графит. Однако низкая производительность, малая стойкость пресс-форм (10 - 12 прессо­вок), необходимость проведения процесса в среде защитных газов ограничивают применение горячего прессования и обу­словливают его использование только в тех случаях, когда другие методы порош­ковой металлургии не имеют успеха.

---

С целью повышения производительно­сти процесса и увеличения стойкости пресс-форм в настоящее время проводят исследования и разрабатывают образцы промышленного оборудования, в которых нагрев осуществляется путем пропускания электрического тока непосредственно че­рез прессуемый порошок.

Изостатическое (всестороннее) фор­мование применяют для получения заготовок из композиций с порошковыми и волокнистыми наполнителями. Отсутст­вие потерь на внешнее трение и равно­мерность давления со всех сторон дают возможность получать необходимую плотность заготовок при давлениях, зна­чительно меньших, чем при прессовании в закрытых пресс-формах.

В настоящее время применяют три ос­новных вида изостатического формования.

1. 
   Гидростатическое формование, при котором на порошок 3 (рис. 9), заклю­ченный в эластичную оболочку 2, переда­ется давление с помощью жидкости, нахо­дящейся в сосуде 1 высокого давления. В качестве рабочей жидкости используют масло, глицерин, воду и т.д.
   
2. 
   Ф
   ормование с помощью толстостен­ной эластичной оболочки, вставленной в стальную пресс-форму, с целью получения крупногабаритных заготовок типа труб. Оболочка в данном случае изолирует поро­шок от стенок инструмента и служит сре­дой, которая передает давление на прессуе­мые изделия. В качестве материала для обо­лочек используют парафин, воск, резину.
   

3. Горячее формование, позволяющее технологически совместить процессы формообразования и спекания. В качестве среды, передающей давление, применяют инертный газ, расплавленные металл или стекло. Прессуемую заготовку помещают в эластичную металлическую оболочку.

Прокатка - один из наиболее произ­водительных и перспективных способов переработки порошковых материалов. Характерными особенностями являются высокая степень автоматизации и непре­рывность процесса прокатки. Порошок (рис. 10, а) непрерывно поступает из бункера 1 в зазор между валками. При вращении валков 3 происходят обжатие и вытяжка порошка 2 в ленту или полосу 4 определенной толщины. Процесс прокат­ки может быть совмещен со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок. В этом случае лента проходит через печь для спекания, а затем снова подвергается прокатке для получения лис­тов заданных размеров. Ленты, идущие на приготовление фильтров и антифрикци­онных деталей, большей частью не под­вергают дополнительной прокатке.

---

Число обжатий, необходимое для по­лучения беспористой ленты, зависит от пластичности композиции и режимов про­катки. Технологически можно получать ленту из различных материалов (порис­тых, фрикционных, твердосплавных и др.). Применяя бункера с перегородкой (рис. 10, б), изготовляют ленты из раз­ных материалов (двуслойные). Прокаткой получают ленты толщиной 0,02 - 3,0 мм и шириной до 300 мм. Применение валков определенной формы позволяет получать прутки различного профиля, в том числе и проволоку диаметром от 0,25 мм до не­скольких миллиметров.

С
пособом выдавливания изготовляют прутки, трубы и профили различного се­чения. Сущность процесса получения за­готовок заключается в выдавливании по­рошка через калиброванное отверстие пресс-формы. В порошок добавляют пла­стификатор массой до 10 ... 12 % от массы порошка, улучшающий процесс соедине­ния частиц и уменьшающий трение по­рошка о стенки пресс-формы. Профиль изготовляемого изделия зависит от формы калиброванного отверстия пресс-формы. Полые профили получают с применением рассекателя. В качестве оборудования ис­пользуют механические и гидравлические прессы.

---

3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок

Спекание проводят для повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрессованных заготовках доля контакта между отдельными частицами очень мала и спекание сопровождается ростом кон­тактов между отдельными частицами по­рошка. Это является следствием протека­ния в спекаемом теле при нагреве сле­дующих процессов: восстановления по­верхностных оксидов, диффузии, рекри­сталлизации и др. Протекание этих про­цессов зависит от температуры и времени спекания, среды, в которой осуществляет­ся спекание, и других факторов.

При спекании изменяются линейные размеры заготовки (большей частью на­блюдается усадка - уменьшение размеров) и физико-механические свойства спечен­ных материалов. Температура спекания обычно составляет 0,6 - 0,9 температуры плавления порошка для однокомпонентной системы, или ниже температуры плавления материала матрицы для композиций, в сос­тав которых входят несколько компонентов.

Время выдержки после достижения тем­пературы спекания по всему сечению со­ставляет 30 - 90 мин. Увеличение време­ни и температуры спекания до определен­ных значений способствует увеличению прочности и плотности в результате акти­визации процесса образования контактных поверхностей. Превышение указанных технологических параметров может при­вести к снижению прочности в результате роста зерен кристаллизации.

Проведение спекания в условиях, когда входящий в композицию легкоплавкий компонент образует при спекании жидкую фазу, активизирует усадку и обеспечивает получение заготовок с малой или даже нулевой пористостью, с высокими физико-механическими свойствами. С этой же целью, например, применяют пропитку тугоплавких материалов серебром или медью при производстве электроконтакт­ных деталей.

К атмосфере спекания предъявляют требования безокислительного нагрева заготовок. В большинстве случаев спека­ние проводят в восстановительной атмо­сфере, способствующей удалению окси­дов, или в вакууме. Для спекания исполь­зуют электропечи сопротивления или печи с индукционным нагревом.

---

После спекания заготовки в ряде слу­чаев подвергают дополнительной обра­ботке в целях повышения физико-механи­ческих свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоратив­ных покрытий и защиты поверхности де­тали от коррозии.

Для повышения физико-механических свойств спеченных заготовок применяют следующие виды обработки: повторные прессование и спекание, пропитку сма­зочными материалами (антифрикционных деталей), термическую или химико-терми­ческую обработку.

Повторные прессование и спекание по­зволяют получать детали с более высокой плотностью. Промежуточные отжиги, снимая наклеп в зернах заготовки, способ­ствуют дальнейшему их уплотнению при относительно небольшом давлении. Про­цесс повторного прессования осуществ­ляют в тех же пресс-формах или в пресс-формах с повышенной точностью изго­товления формообразующих деталей. В производственных условиях, как прави­ло, ограничиваются двукратными прессо­ванием и спеканием.

Спеченные материалы можно подвер­гать ковке, прокатке, штамповке при по­вышенных температурах. Обработка дав­лением позволяет снизить пористость ма­териалов и повысить их пластичность.

Пропитку заготовок обычно выполня­ют погружением их в масляную ванну с температурой 70 - 140°С. Длительность пропитки колеблется от 15 мин до 2 ч. Степень заполнения пор при этом состав­ляет 90 - 95%. Более высокое заполнение пор маслом достигается при применении вакуумной пропитки.

Основными видами термической обра­ботки являются отжиг и закалка. Опера­цию отжига используют для повышения технологических свойств при производст­ве деталей из тугоплавких металлов. От­жиг снижает прочностные характеристики и в несколько раз повышает пластичность материала, что облегчает дальнейшую обработку давлением (ковку, протяжку, прокатку и т.д.). Наличие пор в материа­лах делает их чувствительными к окисле­нию при нагреве и к коррозии при попа­дании закалочной жидкости в поры при закалке. В качестве охлаждающих сред необходимо выбирать жидкости, не пред­ставляющие опасности с точки зрения коррозии в процессе хранения и эксплуа­тации закаленных деталей.

В некоторых случаях детали из желез­ного порошка подвергают наугле­роживанию методами химико-термичес­кой обработки - нагреву в ящиках с кар­бюризатором или в газовой науг­лероживающей атмосфере. Процесс на­сыщения углеродом протекает значитель­но быстрее вследствие проникания газов внутрь пористого тела.

---