Далее смесь заливают в термостатированный литейный аппарат, в котором поддерживают температуру 65 – 70 0С. С помощью сжатого воздуха или инертного газа (0,3 – 0,6 Мпа) смесь нагнетают в полость подогретой до 20 25 0С стальной разъемной пресс-формы, прижатой в момент формования к верхней плите аппарата пневматическим, гидравлическим или механическим прижимом. После снятия нагрузки пресс-форму разбирают и извлекают из нее формованное изделие.
Преимущество горячего литья термопласитчных шликеров состоит в том, что плотность по объему отливки (независимо от ее формы) получается равномерной, вследствие чего отсутствуют искажения геометрической формы изделий при спекании.
Метод горячего литья термопластичных шликеров неприменим для изготовления крупногабаритных деталей, зато он широко используется при производстве твердосплавных изделий сложной формы с большим соотношением длины к поперечному сечению (прутки и трубки любой формы, спирали различного типа, фасонные изделия типа фрез, сверла, развертки, мелкие изделия с тонкими отверстиями диаметром 20 – 100 мкм, специальные фасонные резцы, фигурные пуансоны вырубных штампов, электроды для контактной сварки и т.д.).
Для изготовления сверл, разверток, фасонных резцов наиболее подходящим является метод горячего литья термопластичных шликеров. Рассмотрим данную технологическую схему по операциям.
2.3 Дозирование
Цель операции дозирования состоит в том, чтобы соблюдать наиболее оптимальное соотношение компонентов в шихте и при изготовлении конечного продукта.
На данной операции используется дозатор-автомат. В процессе дозирования мы получаем наиболее оптимальное количество заданных материалов для продолжения технологического процесса.
Автоматизация процесса дозирования позволяет уменьшать потери дорогостоящего сырья, сократить время операции, а также позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала и себестоимость продукции.
2.4 Смешивание
В процессе смешивания происходит измельчение частиц порошков. Цель операции - приготовление смесей порошков с цементирующим металлом.
Наиболее изменяется зернистость составляющих твердого сплава в первый период размола. Применяемый для мокрого размола твердых сплавов спирт не вступает в химическое взаимодействие с размалываемым материалом. Максимальная эффективность размола достигается при введении 220 – 400мм спирта на 1кг смеси в зависимости от насыпной плотности.
Эффективность размола также повышается с увеличением соотношения шары – смесь, обычно это составляет 2,5 – 3,5, время 48 часов.
На данной операции применяется шаровая мельница для мокрого размола смесей твердых сплавов.
2.5 Дистилляция
Цель данной операции состоит в том, чтобы удалить спирт из твердосплавной смеси.
На данной операции применяется аппарат для выпаривания спирта. При температуре до 200 0С происходит испарение спирта из твердосплавной смеси, при этом не происходит химического взаимодействия с материалом и, вследствие низкой температуры кипения легко удаляется в течение 4 – 6 часов.
2.6 Просев
Просев порошка, поступающего с предыдущей операции, представляет собой технологическую операцию разделения порошков на фракции. Также на этой операции отделяются от основного материала всевозможные примеси и включения, попавшие в него во время смешивания. Основную массу материала составляют зерна величиной 0,5мкм.
На данной операции применяется стационарное вибрационное сито с обечайкой, укрепленной на пружинах-амортизаторах. Вибрация обечайки в горизонтальной плоскости с помощью дебалансного устройства.
2.7 Замешивание
Цель этой операции – приготовление смеси порошков, пригодных для последующего процесса формования. От условий выполнения этой операции в значительной степени зависят свойства конечного продукта – готового сплава.
Порошки твердой тугоплавкой составляющей (Ti C – 79%), характеризуются весьма малой пластичностью. Поэтому перед прессованием в смесь, содержащую TiC – 79%, Ni – 17%, Mo – 4%, вводят пластифицирующее вещества, которые улучают прессуемость смеси, уменьшают трение между прессовкой и стенками пресс-формы, придают заготовкам некоторую дополнительную прочность за счет клеящей способности пластификатора. В данном случае в качестве пластификатора применяется парафин с добавкой поверхностно-активных веществ (ПАВ). В качестве ПАВ используют пчелиный воск, олеиновую, стеариновую кислоты, церезин, которые добавляют к парафину в количестве 3 – 6%.
Перед замешиванием смесей парафин расплавляют, подогревают до 85 – 90 0С и вводят в него ПАВ. Затем пластификатор интенсивно перемешивают в термостатированной пропеллерной мешалке в течение 0,5 – 0,75 ч, при этом ПАВ равномерно распределяется по всему объему пластификатора. Чем выше содержание связующего материала в смеси и ее дисперсность, тем больше содержание пластификатора.
Компоненты твердосплавной смеси смешивают с пластификатором в термостатированном одноярусном шнековом смесителе при температуре 85 – 90 0С в течение 4 – 6 часов. Данное оборудование обеспечивает наиболее полное перемешивание смеси с пластификатором и необходимую производительность, сочетая это с минимальным количеством потерь сырья, со сравнительно небольшой затратой энергии. Результаты смешивания контролируют либо по физико-технологическим свойствам шихты, любо химическим анализом проб. На практике контролируют часть технологических характеристик смеси и проводят химический анализ проб из нее.
2.8 Формование
Цель данной операции - получение заданных размеров, формы и плотности изделия.
Смесь, приготовленную на предварительной операции, заливают в термостатированный литейный аппарат, в котором поддерживают температуру 70 – 90 0С. С помощью сжатого воздуха, давлением 0,3 – 0,6 МПа, смесь нагнетают в полость нагретой до 25 0С стальной разъемной пресс-формы, прижатой в момент формования гидравлическим прижимом. Чтобы усадка не изменяла форму полученной заготовки, давление на шликер не снижают до тех пор, пока не произойдет его полное затвердевание. Хорошая текучесть, низкая теплопроводность и малая скорость затвердевания помогают получать качественные изделия. После снятия нагрузки пресс-форму разбирают и извлекают из нее сформованное изделие.
Из оборудования для данной операции используют литьевую машину марки ЛМ 80. Эта модель относится к горизонтальным автоматическим машинам с гидроприводом. Она состоит из узлов и частей:
- станины с основанием;
- узла нагнетания массы;
- узла затвора формы;
- гидропривода с управлением;
- коммуникаций охлаждения;
- системы управления.
Электросхема литьевой машины предусматривает три режима работы:
- автоматический;
- полуавтоматический;
- наладочный.
В формовании изделий используют первые два режима, но наиболее оптимальный – это автоматический. Этот режим обеспечивает минимальные потери , сокращает время операции, а, следовательно, и снижает себестоимость продукции, а также позволяет сократить количество обслуживающего персонала.
В наладочном режиме проводится установка пресс-формы.
2.9 Отгонка пластификатора
После отливки изделия перед окончательным спеканием заготовки подвергают частичному удалению из них связующего. Удаление связки осуществляется путем медленного нагрева заготовок в адсорбентах, которые активно поглощают расплавленную связку. При повышении температуры удаление связки происходит поэтапно – сначала плавится связка, затем испаряются легкие фракции, происходит пиролиз тяжелых углеводородов и выгорание углеродистого остатка.
Рациональным режимом удаления связующего из отливок, полученных из тонкодисперсных порошков тугоплавких соединений предусматривается нагрев изделия от 20 до 600 0С в течение 8 часов. Скорость нагрева составляет 30 – 35 0С/ч, но при этом необходимо делать промежуточные изотермические выдержки при 50 – 55 0С в течение 2 ч, при 160 – 170 0Св течение 3 – 4 ч. При более высоких скоростях нагрева как в этом случае процесс удаления связующего интенсифицируется настолько, что возможно нарушение сплошности изделия. В зависимости от формы изделия, его габаритов и свойств исходного порошка режимы отгонки пластификатора могут изменяться.
После удаления связующего из изделия они приобретают прочность, достаточную для дальнейшей их обработки.
Вследствие повышенной способности тонких порошков к окислению процесс необходимо проводить в защитной среде, в качестве которой чаще всего используется водород, который также способствует удалению связующего за счет его гидрогенизации. На данной операции из оборудования применяется муфельная печь для сушки смесей твердых сплавов. Целесообразность применения данного оборудования объясняется необходимой производительностью, с минимальной затратой энергии, экономичным расходом сырья.
2.10 Окончательное спекание
Спекание, основной целью которого является уплотнение и упрочнение спрессованных заготовок, превращение их в компактные изделия с необходимыми физико-механическими свойствами.
Для формирования оптимальной структуры безвольфрамовых твердых сплавов необходимо осуществить выбор металлического связующего, обеспечивающего хорошее стягивание части карбида титана, отсутствие значительной растворимости твердой фазы в связке, отсутствие третьих фаз при спекании и т.д. При спекании твердых сплавов на основе карбида титана с никель-молибденовым связующим, которое можно рассматривать как сплав никеля с молибденом, содержащий некоторое количество титана и углерода вследствие растворимости этих элементов в никеле. Как молибден, так и Мо2С, образуются за счет избытка углерода в исходной шихте, растворяются в значительных количествах в карбиде титана с образованием твердого раствора и поэтому, кроме цементирующей фазы, молибден входит в состав карбидной фазы, снижает краевой угол смачивания карбида титана до нуля, что способствует образоанию мелкозернистой структуры сплавов TiC-Ni-Mo.