Прессование в данной прессформе ничем не отличается от прессования в предыдущей с той лишь разницей, что сборка прессформы производится на калиброванных штифтах - это упрощает изготовление, но ресурс этой прессформы меньше, чем у собираемой на призмах.
3.8.3. ЛИТЕРАТУРА.
1. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. Учебник. М., Металлургия, 1980, с 215-246.
3.8.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Из каких материалов изготавливают прессформы?
2. Как определяют рабочие размеры формообразующих поверхностей прессформы?
3. Как обеспечивается кинематическая точность перемещения рабочих элементов автоматных и ручных прессформ?
ТЕМА №4. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПРИ СПЕКАНИИ
Спрессованные полуфабрикаты (заготовки, прессовки, брикеты) в подавляющем большинстве случаев обладают недостаточной прочностью для применения их в качестве готовых изделий. Необходимая прочность, твердость и другие служебные свойства изделий, например - пористость, магнитные свойства, корозионностойкость и тому подобное, достигаются в результате спекания, как правило осуществляемого путем термической обработки (но не обязательно).
Спекание - одна из основных технологических операций в производстве изделий из порошков, в процессе которой происходит превращение брикета в прочное спеченное тело со свойствами, приближающимися к свойствам компактного материала. При этом происходит уплотнение свободно насыпанной или спрессованной массы порошка, а также ряд в основном физических процессов, обеспечивающих большее или меньшее заполнение пор.
Роль спекания в изготовлении конечного продукта различна. При производстве высокопористых изделий - фильтров, или в случае невысоких требований к механическим свойствам материала, спекание является конечной операцией. В некоторых случаях для повышения плотности, прочности и пластичности изделий применяют допрессовку и вторичное спекание.
Единого взгляда на процессы, происходящие при спекании пока не существует и теоретического обоснования многих физико-химичеких процессов, проходящих при спекании нет. На практике многие параметры процесса спекания, такие как температура, длительность выдержки, скорость подъема температуры, атмосфера печи и тому подобное - определяются опытным путем без должного теоретического объяснения и обоснования.
Поэтому на долю заводского технолога ложится огромная ответственность при определении условий проведения операции спекания и отслеживании возможных колебаний и допусков на параметры процесса.
Именно поэтому на предприятиях выработана практика предварительного изготовления опытных деталей и образцов-свидетелей, которые изготавливаются в небольших количествах (обычно не более 10-ти) перед изготовлением основной партии изделий в данной серии из конкретной партии подготовленной шихты.
В соответствии с современными представлениями о спекании различают несколько основных видов спекания, каждый из которых отличается состоянием вещества, участвующего в процессе:
- твердофазное спекание, при котором все участвующие в спекании вещества, составляющие шихту находятся в твердом состоянии, то есть в твердой фазе;
- спекание с переносом атомов через газовую фазу;
- жидкофазное спекание, при котором хотя бы один из компенентов смеси находится в расплавленном, жидком состоянии.
В свою очередь жидкофазное спекание подразделяется на несколько видов:
- спекание с образованием жидкой фазы, присутствующей до конца изотермической выдержки при нагреве.
- спекание с образованием жидкой фазы, исчезающей в процессе нагрева.
- спекание, при котором жидкая фаза образуется как результат твердофазного взаимодествия компонентов с образованием эвтектики, остающейся в жидком состоянии до конца выдержки.
Основным процессом при любом из видов спекания является переход от порошкового тела, обладающего избыточной свободной энергией (на поверхности частиц) к более стабильному спеченному телу большей плотности. Движущей силой самопроизвольно протекающего процесса спекания является разность свободных энергий исходного (порошкового) и конечного (плотного) состояний.
Конкретные пути снижения этой разности состоят в значительном уменьшении внешних (поверхность заготовки, открытые поры) и внутренних поверхностей (внутренние поры, границы зерен), а также существенное устранение дефектов структуры (вакансий и дислокаций - вследствие объемной и поверхностной диффузии) и неравновесных состояний.
В спекаемой массе перемещается большой объем материи, в зависимости от характера и состояния системы в таком перемещении используются (самопроизвольно) различные механизмы перемещения (миграции).
Образование и рост контактов.
Процесс спекания в однокомпонентных системах рассматривают как состоящий из двух последовательных этапов: образование и рост контактов между частицами на начальной, ранней стадии процесса и повышение плотности спекаемого тела вследствие уменьшения числа и объема пор напоздней стадии процесса. В макроусловиях, то есть во всем объеме спекаемого тела, эти оба условия не имеют четкой временной границы, поскольку протекают практически одновременно.
В идеализированном виде спекание происходит следующим образом, как это показано на рисунке 62. Две соприкасающиеся частицы (см. рис. 62-а) постепенно сближаются, граница между ними исчезает (рис.62-б), а массы объединяются в общее тело (рис.62-д). Это происходит под действием капиллярных сил Лапласа путем уменьшения их суммарной поверхности на промежуточных стадиях спекания (рис 62 б-д). Объясняется это явление тем, что атомы частиц, находящиеся в зоне контакта обладают меньшей энергией и подвижностью, поскольку часть поверхностной энергии задействована на преодоление контактных сил, а атомы на поверхности частиц вне зоны контакта - более "энергичны" и подвижны. Поэтому они стремятся тоже отдать часть своей энергии путем перехода в зону контакта. Зона контакта расширяется. Следующий этап связывания энергии - это исчезновение общей границы между частицами и переход атомов во внутренние объемы частиц (рис.62-б). Образуется новое тело из двух частиц, имеющее "шейку". На вогнутой поверхности шейки с отрицательной кривизной действуют растягивающие силы, в то время как на сферических выпуклых поверхностях объединенной частицы действуют сжимающие силы (рис.62-в). Под действием этих сил центры частиц сближаются и образуется новая частица. Сближение центров частиц обуславливает уменьшение объема вновь образовавшейся частицы, то есть - усадку тела в целом.
Рис.62. Различные стадии спекания двух сферических частиц.
Если считать, что две частицы имеют одинаковую массу, то при радиусе частиц R1, объем занимаемый обеими частицами будет
2 V1= pR13 ;
а масса:
2 M1= 2 pR13g;
Новая частица имеет массу 2М1, отсюда ее радиус R2.
2М1 = pR23g = 2 pR13g; R2 = R1Ö2 = 1,44 R1
Две частицы имеют характеристический размер равный 2R1, а новая частица - 1,44R1. Отсюда максимальная усадка при спекании составляет
» 1,39
Практика спекания показывает, что максимально достижимая усадка составляет 1,25-1,3, что составляет примерно 93% от теоретической усадки.
Спекание - сложный процесс, во время которого происходит удаление адсорбированных паров и газов, восстановление и диссоциация окисных пленок, диффузионное перемещение атомов, исправление дефектов кристаллических решеток, рекристаллизация, перенос металлов через газовую фазу, образование новых фаз вследствие физико-химических процессов и др.
; Vgh = ;