Металловедение твёрдых сплавов (стр. 18 из 33)

Сушку в парах растворителя не следует затягивать, так как уже после 20-30 мин выдержки при номинальной температуре заготовки, как правило уже сухи.

Значения температур при сушке в парах растворителя:

180-210°С - для каучука (растворитель - бензин);

180-250°С - для парафина (без растворителя, в парах самого парафина);

140-160°С - для гликолей (растворитель - этанол);

200-250°С - для d-камфары(растворитель - бензин);

160-180°С - для d-камфоры(растворитель - ацетон).

Для устойчивого проведения процесса вакуумный сушильный шкаф СНВС модернизируется - вместо вакуумных насосов устанавливается маломощный центробежный насос (реверсированный ЦБ-вентилятор), а в камеру шкафа устанавливают ванну для растворителя объемом 1000-1500 мл.

Отсасываемые из камеры пары конденсируют в обратном холодильнике, из которого они вновь возвращаются в камеру печи. Необходимое избыточное давление паров растворителя, таким образом, поддерживается автоматически. Выделяющиеся другие газы в холодильнике не конденсируются и уходят в отсос.

Схема сушильного шкафа с выдержкой в парах растворителя показана на рисунке 66.

Рис.66.Схема модернизированного вакуум-

ного сушильного шкафа для сушки

в парах растворителя

1 - вакуумный сушильный шкаф, 2 - обратный холодильник,

3 - эжекционный насос, 4 - центробежный насос, 5 - отпрессо-

ванные заготовки, 6 - емкость с растворителем.

Устройство работает следующим образом. При включен-

ном нагреве из брикетов 5, размещенных в печи 1, и дополни-

тельной емкости с растворителем 6 выделяются пары растворителя, заполняющие внутренний объем.

Пары растворителя вытесняют воздух и поступают в обратный холодильник 2, охлаждаемый водой. В холодильнике 2 пары растворителя конденсируются и стекают обратно в камеру. Излишек паров отсасывается эжекционным насосом 3 и поступает в центробежный насос 4, а затем выбрасываются в атмосферу. Такая схема отсоса обеспечивает поддержание в камере печи небольшого (10-20 мм водяного столба) избыточного давления, тем не менее не препятствующего испарению растворителя и удалению его из массы прессовки.

Хорошо высушенная заготовка не имеет следов окислов, не крошится и имеет близкий к металлическому звук при легком ударе о железный предмет.

Второй стадией процесса спекания является процесс разложения (деструкции) пластификатора, который производится при температуре 600 - 1000°С.

Для улучшения прессуемости и для предотвращения рассыпания прессовки (брикета) в пресспорошки добавляют различные связующие вещества: пластификаторы и смазки, в результате чего уменьшается трение между частицами порошка и между прессовкой и стенками прессформы. До начала окончательного спекания смазку (пластификатор) необходимо удалить, чтобы не сдерживалось образование и рост межчастичных контактов.

Пластификаторы должны обладать следующими свойствами:

- хорошо смачивать зерна порошков смеси и образовывать пленки на поверхности частиц порошка;

- обладать высокой склеивающей способностью;

- иметь антифрикционные свойства;

- легко растворяться в органическом растворителе или иметь невысокую температуру плавления (50-60°С);

- удаляться без большого газообразования и следов примесей из спрессованной заготовки при нагревании до температуры 600-700°С;

- не вступать в химические реакции с компонентами смеси и с окружающей атмосферой;

- иметь низкую упругость паров (для пластификаторов, применяемых при вакуумном спекании);

- не оказывать токсического воздействия на окружающий персонал.

К настоящему времени сложился определенный список веществ, применяемых в качестве пластификаторов при производстве твердых сплавов, свойства некоторых из них приводятся в таблице.

Определим значимость отдельных свойств пластификаторов.

Пластификатор должен хорошо смачивать зерна порошков смеси и образовывать пленки на поверхности частиц порошка. Это свойство определяет равномерность смешивания порошка смеси с пластификатором, защиту частиц порошка от окисления, высокую текучесть порошка и снижение усилие прессования.

Высокая склеивающая способность определяет количество пластификатора, вводимого в смесь и плотность получаемой прессовки. Чем она выше, тем меньше пластификатора необходи

Таблица 5

Технологические свойства распространённых пластификаторов

Название	Температура, ^ОС		Технологическая характеристика
Название	плавления	кипения	Технологическая характеристика
Стеарат цинка	140	>335	Нерастворим в спирте и бензине, растворим в четыреххлористом углероде, низкая склеивающая способность, отлично снижает трение, разлагаясь при отгонке загрязняет материал окисью цинка и образует поры, малотоксичен.
Кислота стеариновая	69,4	360	Применяют в расплавленном состоянии, высокая склеивающая способность при добавке 5-10% масс. хорошо снижает, трение, легко и полностью удаляется без разложения, малотоксична
Кислота олеиновая	13	206	Применяют в расплавленном состоянии, имеет температуру плавления ниже комнатной, поэтому требуется производить прессование в охлаждаемых матрицах, хорошо смачивает порошки, обладает невысокой склеивающей способностью, хорошо снижает трение, малотоксична, реагирует с железом и молибденом.
Парафин	40-60	320-390	Применяется в расплавленном состоянии, хорошо смачивает порошки, образует устойчивые пленки, обладает высокой склеивающей способностью при ведении в смесь 10-12% масс. и дает очень прочные прессовки, смеси дают большую усадку при выпаривании пластификатора, нетоксичен, химически инертен.
d-камфара	178	209	Растворима в воде и спирте и др. растворителях, обладает исключительной склеивающей способностью и дает прессовки большой прочности даже при содержании в смеси 0,2-0,3 % масс., при отгонке отгоняется полностью, обладает фармакологическим действием (успокаивающее), огнеопасна. Имеет высокую стоимость.
Каучук натрий-бутадиеновый (СКБ)	Разлагается на неполные полимеры (олигомеры), начиная с 90^ОС		Растворим в бензине и толуоле, обладает высокой склеивающей и пленкообразующей способностью и обеспечивает высокую прочность прессовок, при удалении оставляет 0,1-0,2% свободного углерода, нетоксичен.
Полиэтиленгликоль (ПЭГ)	Разлагается на воду и углекислый газ, начиная с 120^ОС		Растворяется в воде, этиловом спирте, ацетоне и других органических растворителях, обеспечивает получение плотных и прочных прессовок, склонных к обкрашиванию острых кромок, удаляется из прессовки с разложением на воду и углекислый газ, инертен, нетоксичен, неогнеопасен.
Поливинилацетат (ПВА)	Разлагается на воду и углекислый газ, начиная с 120^ОС		Растворим в воде и этаноле, обладает удовлетворительной склеиваемостью, прессовки достаточно прочны, но требуют осторожного обращения, зольность не обнаружена, нетоксичен.

мо вводить в смесь и тем выше плотность прессовки, тем меньше искажения формы, возникающие при сушке и спекании. Пластификатор считается хорошим по этому свойству, если достаточно ввести в смесь 0,2-1% по массе, пластификаторов среднего качества требуется вводить от 1 до 2 процентов, пластификаторы невысокого качества вводятся в количестве от 2-х до 10% масс. при прессовании в закрытых прессформах. Если применяют мундштучное (экструзионное) прессование, то хорошим считается пластификатор, которого достаточно ввести от 8 до 12-ти процентов.

Антифрикционные свойства пластификатора приводят к снижению трения между частицами порошка при прессовании и способствуют более высокому уплотнению прессовки, а понижение сил трения прессовки о стенки матрицы снижает усилия прессования, расспрессовки и увеличивает срок службы матрицы.

Равномерное и полное разложение или испарение пластификатора при нагреве способствует полному его удалению из прессовки при спекании и обеспечивает возникновение контактов между частицами при более низкой температуре и определяет отсутствие пористости в спеченной заготовке.

Типичный график разложения наиболее распространенных пластификаторов - ПЭГ-155 и СКБ показан на рисунке 67, из которого видно, что разложение ПЭГ-155 начинается при температуре около 120°С и медленно растет до температуры около 350°С, затем скорость разложения резко увеличивается и пластификатор полностью распадается при температуре около 600°С.

Рис.67. Термогравиметрические кривые

разложения: А- ПЭГ-115, Б- кау-

чук.

Аналогично, но в другом, более высоком интервале температур, протекает удаление каучука (СКБ). Однако полного удаления каучука не происходит, так как часть его разлагается с образованием свободного углерода, около 0,1-0,2% масс.

Рассматривая кривые разложения пластификаторов, можно сделать вывод, что в интервале температур, при котором происходит наиболее бурное разложение пластификатора, нагрев заготовок следует производить медленно и плавно, в то время как в интервале температур, при котором газовыделение незначительно, нагрев можно производить с высокой скоростью.

Задача цехового технолога и состоит в том, чтобы, проведя эксперимент в условиях цеха, определить скорости нагрева заготовок в различных интервалах температур, в зависимости от массы заготовок.

При изучении разложения пластификатора важно учесть и вид продуктов разложения пластификатора - это могут быть вода, метан, водород, окись углерода и двуокись углерода и другие соединения, обладающие химической активностью по отношению к твердосплавной смеси.