Металловедение твёрдых сплавов (стр. 5 из 33)

Крупность порошка резко сказывается на прессуемости. В то время как тонкий (—45мкм) и легкий (насыпной вес 0,8 г/см³) электролитический медный порошок дает достаточно прочные прессовки с пористостью до 55% при удельном давлении 0,25 т/см², грубозернистый медный порошок (—140 +160 мкм, насыпной вес 1,8—2,2 г/см³) начинает спрессовываться только при давлении 0,8—1,0 т/см², причем пористость в этом случае не превышает 40%. Наибольшую плотность прессовок дают порошки смешанного гранулометрического состава, с определенным соотношением крупных и мелких фракций; соотношение это определяется опытным путем. Форма частиц, как указывалось выше, также влияет на прессуемость.

Весьма важное значение имеет «жесткость» порошка: чем мягче (пластичнее) порошок, тем при меньших давлениях он начинает прессоваться и тем при данном давлении будет выше прочность и плотность прессовки. Неотожжённый электролитический железный порошок начинает прессоваться при давлениях порядка 5 т/см² (при относительной плотности 60—65%); отожженный электролитический железный порошок прессуется уже при давлениях 0,75 т/см² (относительная плотность 65— 70%), а при давлении 5 т/см² дает относительную плотность до 85%. Улучшение прессуемости объясняется тем, что при отжиге удаляется поглощенный водород и снимается наклеп, в результате чего «жесткость» частиц порошка резко уменьшается.

Снижение давления прессования сказывается положительно на стойкости прессформ, снижает нормы расхода энергии и позволяет применить прессы облегченной конструкции, меньшей мощности и большей производительности.

В то время как форма частиц и гранулометрический состав порошка могут контролироваться непосредственно, пластичность обычно характеризуется косвенно-технологической пробой порошка на прессуемость. Эта проба может производиться одним из следующих способов:

1) точная навеска порошка прессуется при определенном давлении; плотность полученного образца не должна быть ниже установленной нормы;

2) прессуется образец определенных формы, веса, размеров (прессование до упора, давление не регистрируется); образец не должен иметь трещин, осыпания нижних граней, сколов;

3) образец, спрессованный по способу 1 или 2, подвергается разрушению при сжатии; сопротивление сжатию не должно быть меньше определенной величины;

4) определяется величина упругой деформации образца, спрессованного по способу 2 "до упора", т.е. увеличение размеров после снятия нагрузки и извлечения из контейнера. Это
расширение тем больше, чем менее пластичен порошок, и для порошка данных состава, характеристик и условий прессования имеет вполне устойчивое постоянное значение. При определении упругой деформации удобно сравнивать размеры прессовок из испытуемого порошка, с размерами сравнительных (эталонных) образцов, спрессованных в том же инструменте из неупругих материалов, например парафина, воска и т. п.

Наиболее простой 2-й способ не дает количественных характеристик прессуемости порошка и применяется как метод оперативного контроля в тех случаях, когда для обеспечения высокой пористости, прессование производится при минимально допустимых давлениях. Способы 1-й и 4-й количественно отражают характеристики прессуемости порошка, кроме прочности прессовок. 3-й способ может быть рекомендован в тех случаях, когда прочность сырого полуфабриката имеет существенное значение на дальнейших стадиях технологического процесса (в частности, при прессовании изделий сложной формы или с тонкими стенками).

Во всяком случае характеристики порошка, предназначенного для целей порошковой металлургии, нельзя считать исчерпывающими, если в них не отражена "пластичность" порошка, определенная по меньшей мере одним из указанных способов.

Оценить прессуемость порошков не просто, так как наряду с формой и свойствами поверхности частиц надо учитывать их пластические и упругие свойства, зависящие от способа получения и предыстории порошка.

Также непросто связать давление прессования и плотность спрессованной заготовки применительно к реальному случаю и использовать такую связь практически. Для суждения о прессуемости порошков большей частью выгоднее использовать более близкое к практике технологическое опробование степени уплотнения. Рекомендуется каждый раз использовать для такого опробования количество порошка, позволяющее получать прессованную заготовку, высота которой примерно равна ее диаметру. Плотность такой заготовки и является мерой прессуемости (уплотняемости).Чтобы представить полностью связь между плотностью заготовки и давлением прессования, необходимо спрессовать ряд образцов при различных давлениях. Но можно и уплотнять определенную массу порошка при ступенчатом увеличении давления прессования, измеряя после каждой ступени высоту полученной заготовки (по высоте освобожденного пространства в матрице). Плотность образца определяют, зная поперечное сечение пуансона, массу порошка и высоту спрессованной заготовки. Степень уплотнения можно также вычислить по отношению уровня засыпки порошка к высоте спрессованного образца. Зная зависимость уплотнения от давления прессования, можно определить необходимый уровень засыпки, т. е. высоту матрицы. На уплотняемость наиболее влияют свойства материала порошка: чем он пластичнее, тем лучше его уплотняемость (рис. 9). Все факторы, затрудняющие пластическую деформацию компактного материала (примеси, легирующие присадки, повышенная плотность дислокаций и др.). затрудняют и прессование соответствующих порошков. К этому добавляется еще влияние формы их частиц. Оно особенно сильно при очень малых давлениях прессования и для губчатых порошков; при более высоких давлениях прессования влияния пластических свойств материала усиливаются.

Вследствие межчастичного трения грубые порошки уплотняются лучше тонких. Порошки с широким спектром размеров в области крупных частиц лучше прессуются. Облегчающие прессование присадки, снижающие трение, благоприятствуют уплотнению (рис. 10), но иногда они могут и ухудшить уплотняемость порошков.

Желая получить хорошо прессуемые порошки, к ним предъявляют подчас противоположные требования: они должны характеризоваться хорошей текучестью, малым насыпным объемом, возможно более высокой плотностью при малых давлениях и хорошей формуемостью. Хорошая текучесть и малый насыпной объем присущи порошкам со сферическими частицами. При прессовании таких порошков в тех или иных условиях еще можно достигнуть требуемой

Рис.9. Зависимость плотности прессовки r от давления прессования для различных порошков: 1 – алюминий, 2 – медь электролитическая, 3 – железо восстановленное, 4 – железо электролитическое, 5 – железо карбонильное, 6 – вольфрам.

Рис.10. Влияние пластификатора на уплотняемость порошка электролитической меди. 1 – без пластификатора, 2 – 0,1%, 3 – 1,5% пластификатора.

плотности, но не хорошей формоустойчивости, удовлетворяющей требованиям дальнейшей переработки. Поэтому желательно оценку уплотняемости (прессуемости) дополнять испытанием на формуемость. Для этой цели прессованные заготовки специально испытывают на формоустойчивость: их помещают во вращающийся барабан, обтянутый изнутри тканью для сит, ширина отверстий которых позволяет пропускать продукты истирания. Частное от деления массы заготовки до испытания (истирания в барабане) на ее исходное значение служит мерой формуемости порошка. Для качественной характеристики прессуемости порошка все чаще используют показатель сопротивления прессованной заготовки разрушению при изгибе.

Влажность определяют как отношение массы испарившегося растворителя (воды, нефраса, спирта и др.) после просушивания к массе всего материала (в весовых процентах).

По содержанию влаги сыпучие материалы делятся на:

- сухие, содержащие конституционную влагу (химически связанную с материалом);

- содержащие гигроскопическую влагу (гигроскопическая влага содержится в порошках, склонных к поглощению влаги из воздуха, таких, как порошок меди, железа и другие);

- сырые и мокрые, содержащие внешнюю влагу; внешняя влага может быть пленочной, образующей водяную пленку на поверхности частиц сыпучего материала (в этом случае сыпучий материал считают сырым), и гравитационной, заполняющей свободные пространства между частицами (в этом случае сыпучий материал считают мокрым, так как он фактически превращается в суспензию) таковой, например, является недосушенная шихта.

Влажностью сыпучего материала определяется подвижность его частиц. Увеличение влажности, как правило, ухудшает характеристику истечения сыпучего материала. Сыпучий материал с повышенной влажностью обладает большими силами сцепления частиц, что способствует образованию комьев и статических сводов над отверстием воронки бункера. Истечение такого материала из отверстия емкости крайне затруднено. Затруднено и заполнение полости прессформы.

Обычно мелкофракционные материалы относят к легкосвязанным материалам, если их влажность не превышает 1,5%.

Поскольку влажность порошка определяет его поведение при транспортировке и прессовании, то эту важную технологическую характеристику всегда определяют для порошков, предназначенных для прессования на автоматах.