Металловедение твёрдых сплавов (стр. 3 из 33)

Насыпная плотность является чрезвычайно важной характеристикой и ряд свойств порошка связан с насыпной плотностью простыми количественными отношениями.

Прежде всего, насыпная плотность (или точнее насыпной объем) учитывается при конструировании прессформ и выборе пресса. Рассмотрим следующий пример: пусть требуется спрессовать цилиндр высотой 40 мм с пористостью 15% из медного электролитического порошка с насыпным весом 1,2 г/см³. Плотность цилиндра будет 8,93´0,85 = 7,61 г/см³, степень сжатия порошка » 6 высота контейнера 6´40 = 240 мм и ход плунжера пресса (6—1)´40 = 200 мм. Если же взять для прессования гранулированный медный порошок с насыпным весом 2,8 г/см³, то степень сжатия будет = 2,5, высота контейнера потребуется равной =2,4 и ход плунжера 1,5´40 = 60 мм.

Дозировка порошка для прессования производится в большинстве случаев объемным методом, при этом соблюдение постоянства насыпного веса является совершенно необходимым условием.

В производстве обычно задаются точными размерами детали и допусками по плотности. Пусть, например, объем детали (спрессованной из железного порошка со средним насыпным весом 2,0 г/см³) равен 20 см³, плотность же g_Î задана в пределах 75—85%. Тогда средний вес детали Р » 126 г, допустимые колебания веса (в соответствии с допусками по плотности) составляют ±7,5 г. Отсюда объем мерки будет = 63 см³, а допустимые пределы колебаний насыпного веса:

максимум = » 2,12 г/см³ и

минимум = » 1.88 г/см³.

Зависание (сводообразование) – это явление застревания порошкового материала во внутренних полостях бункера, точек перегиба трубопроводов и в прессформе, которое обуславливается особенностями течения таких материалов, с одной стороны проявляющих свойства жидкости, а с другой – являющимися совокупностью твёрдых частиц, активно взаимодействующих друг с другом (трение, сцепление, схватывание) вследствие неупорядоченного расположения. Порошковые текучие (сыпучие) материалы способны принимать форму сосуда и движутся потоком – в этом они похожи на жидкости. Каждая частица обладает вместе с тем свойствами твёрдого тела и их совокупность также способна воспринимать внешние сжимающие нагрузки – в этом сходство порошкового тела с твёрдым.

Сила сцепления частиц зависит от степени влажности, пористости, размера и формы частиц и так как сила сцепления пропорциональна суммарной площади контактов между частицами материала, то чем мелкозернистей порошок, то тем больше силы поверхностного сцепления между ними.

Если порошок загрузить в бункер, то под действием сил тяжести верхних слоёв в нижних материал уплотняется, сила сцепления увеличивается и текучесть уменьшается, что приводит к увеличению насыпной плотности и числа точек контакта между частицами. При этом из зазоров между частицами частично вытесняется воздух и возникают точки контакта между частицами, в которых действуют межмолекулярные силы. В результате этого затрудняется истечение порошка из отверстия бункера, в трубопроводах возникают зоны уплотнения порошка и пробки, полость прессформы, имеющая сужения, не заполняется.

Зависание и сводообразование – нежелательные явления, которые приводят к нарушению процессов дозирования, транспортировки и прессования порошков и которые следует учитывать при проектировании бункеров, трубопроводов и прессформ.

Диаметр отверстия в бункере или проходное сечение трубопровода d_крит, в которых начинается зависание могут быть определены по эмпирической формуле

d_крит = 4,5е^0,24А, где

- 4,5 и 2,4 – эмпирические коэффициенты;

- е – основание натуральных логарифмов;

- А – средний размер зерна по Фишеру.

А Б

Часто для борьбы с явлением зависания в конструкцию пресс-автоматов вводят так называемые "встряхиватели" – небольшие устройства механического или электромеханического типа, которые периодически ударяют молоточком по местам бункеров или трубопроводов, где прогнозируется зависание или сводообразование. Этой же цели служат вибраторы, устанавливаемые в соответствующих местах системы питания пресса.

Гранулометрический состав – это характеристика распределения частиц порошка по размерам, которая показывает из частиц какого размера и в каких долях составлена данная партия порошка. Интервал размеров частиц называют фракцией.

Размер частиц порошка является важнейшей характеристикой, обязательно оговариваемой в технических условиях. От крупности порошков, в сочетании с другими характеристиками, зависят: удельное давление прессования, усадка при спекании, насыпной вес порошка, конструкция прессформ и, наконец, механические свойства готовых спеченных изделий. Чем мельче порошки, тем больше нужное давление прессования (для достижения заданной плотности), зато тем больше прочность прессовки, тем ниже требуемая температура спекания и тем прочнее готовые (спеченные) изделия. Весьма интересна зависимость усадки при спекании от крупности порошка, наблюдаемая у порошков черных и цветных металлов: мелкие порошки дают при спекании усадку (уменьшение размеров, объемное сжатие), крупные показывают рост (увеличение размеров, объемное расширение). Комбинируя в известных пропорциях различные фракции крупности порошка, можно получить шихту, с незначительной усадкой.

Разнообразные приемы измерения размеров частиц можно подразделить на три группы: разделения, седиментационные и счетные. Важнейшие из них приведены в табл. 11. Выбор метода измерения зависит прежде всего от величины частиц.

Таблица 1

Методы определения размеров частиц.

Методы	Размеры определяемых частиц, мкм
Разделение (ситовый анализ): на тканевых полотнах на металлических ситах (проволочных и штампованных)	>30 >5
Воздушная сепарация: гравитационная центробежная	5 - 60 2 - 60
Седиментация: В гравитационном поле (пипеточный метод, на седиментационных весах, на фотоседиментометре) В центробежном поле (на центрифуге)	1 - 6- 0,05 - 10
Счётные: Прямой (кондуктометрия) Микроскопия (оптическая) Микроскопия (электронная)	1 - 100 1 - 100 0,004 -1

Ситовый анализ - наиболее распространённый способ разделения, которым можно определять размеры частиц от 5 мкм.

Полотно (дки) сита изготавливают различными способами и различные исполнения полотен сит показана на рисунке 4.

Рис.4. Виды сеток: А – полотно, Б – плетёные, В – саржевые (крученные), Г – сварные из проволоки, Д – вязаные, Е – стержневые, Ж – штампованные (просечные) с щелевидными окнами, З – штампованные (просечные) с круглыми отверстиями.

Промышленность выпускает сита с отверстиями, имеющими размер ячейки от 5 мкм и выше. Существует несколько стандартов размеров сит, но все они составлены таким образом, что площадь отверстий ("площадь в свету") по отношению ко всей площади сита постоянна и составляет около 36% для сит с размером ячеек до 2,3 мм.

В нашей стране применяются несколько шкал размеров сит, поскольку применяются сита различных производителей.

Шкала ГОСТ 3584 и ISO 565 определяет размер сита по размеру стороны ячейки в мм.

Шкала Риттенгера (стандарт ANS) построена так, что площади отверстий соседних по шкале сит отличаются друг от друга в два раза.

Шкала Ричардсона (стандарт ASTM) построена так, что площади отверстий соседних сит отличаются друг от друга в Ö2 раз.

В обеих этих шкалах определяется количество отверстий на один линейный дюйм, которое называется "меш" (mesh).

Шкала DIN определяет число отверстий на линейный сантиметр при постоянной площади "в свету" ко всей площади сита 36% и соответствует шкалам ISO и ГОСТ.

В таблице 2 показаны системы обозначений сит и соотношения между шкалами.

Таблица 2.

Размеры ячеек сит по стандартам метрическим и дюймовым.

ГОСТ, ISO мкм	ANS, ASTM меш		ГОСТ, ISO мкм	ANS, ASTM меш		ГОСТ, ISO мкм	ANS, ASTM меш
20	80	280
25	90	170	300 (50)
28	100	315
32	140 (106)	355	45
36	112	400
400 (38)	125	120	40 (425)
40	140	450
45	325	100 (150)	500	35
50	160	560
270 (53)	180	80	30 (600)
56	200	630
63	230	70 (212)	710	25
71	224	800
270 (73)	250	60	20 (850)