55. Укажите особенности формирования твердосплавных смесей. Перечислите пластифицирующие добавки. Приведите различные методы формирования твёрдосплавных смесей и их характеристики.

Для получения заготовок (брикетов, прессовок) требуемой формы наиболее распространенным способом формования смесей является прессование в стальных пресс-формах. Теоретические положения процесса прессования порошковых материалов справедливы и для твердосплавных смесей, но имеются некоторые отличия, связанные с их малой текучестью и высокой дисперсностью, низкой пластичностью, высоким значением модуля упругости. Заготовки, вследствие присутствия в смесях непластичных карбидных частиц, не имеют достаточной прочности при той степени уплотнения, какой можно достигнуть без опасности появления «расслойных» трещин в брикете из-за высоких напряжений, возникающих при прессовании (модуль упругости высокий). Высокая дисперсность и малая пластичность не позволяют применять давление прессования более 200...300 МПа. Все это вызывает необходимость введения в смесь перед прессованием пластифицирующих веществ (пластификатор), которое осуществляется на операции подготовки смеси к прессованию. В специальных аппаратах – двухъярусных смесителях происходит перемешивание компонентов смеси с пластификатором по определенному режиму.

Для прессования твердосплавных смесей, как и для других металличе­ских порошков, при одностороннем приложении давления в стальной пресс-форме невозможно получить заготовку с равномерной плотностью. По высоте брикета наблюдается более сильный перепад плотности, чем для медного и железного порошков. В нижних слоях смеси (h = 30 мм) фактическое давление прессования составляет всего 20-30 % от приложенного давления. Отмеченные недостатки можно уменьшить при применении двухстороннего прессования.

Зависимость уплотнения смесей от давления прессования аналогична порошкам меди и железа, т.е. при определенных давлениях прессования подчиняется известному уравнению М.Ю. Бальшина, но значения плотно­сти значительно ниже. Отсутствует третья стадия уплотнения, связанная с пластической деформацией. Мелкозернистые смеси при одном и том же давлении прессования имеют более низкие значения относительной плотности. Степень уплотнения твердосплавных смесей не превышает 60 % и мало оказывает влияние на конечные свойства спеченных изделий.

Г.С. Креймер показал, что изменение давления (сплав Т15К6) в пределах 50-300 МПа не влияет на свойства спеченного сплава (за счет спекания с жидкой фазой).

Пластифицирующие добавки к смесям

Пластифицирующие вещества, вводимые в смесь перед прессованием, с одной стороны, облегчают скольжение частиц порошка относительно друг друга и стенок пресс-формы, повышая тем самым степень уплотнения смеси, а с другой, придают заготовкам некоторую дополнительную проч­ность за счет клеющей способности пластификатора.

Помимо этого, применяемые в производстве твердых сплавов пласти­фикаторы, должны удовлетворять следующим основным требованиям: легко удаляться из заготовок при сушке или низкотемпературном спекании; не оставлять примесей. Известно несколько веществ (и растворите­лей для них), применяющихся в качестве пластификаторов при прессова­нии смесей в производстве спеченных твердых сплавов.

В отечественной промышленности используют, в основном, синтети­ческий каучук, который вводят в смеси в виде раствора в бензине. Судя по опыту зарубежной промышленности, можно применять гликоль в виде спиртового раствора, камфору в виде раствора в бензине, ацетоне или эфире, смолу (глипталь), растворенную в бензине или ацетоне. Широкое распространение в последнее время получили: парафин, поливинил ацетат, поливинилгликоль, полиэтилен гликоль, поливиниловый спирт.

Различные методы формования твердосплавных смесей

Последовательно-цикличное прессование.

По этому способу прессовку получают не сразу во всем объеме, а после­довательным уплотнением порошка за несколько циклов работы пресса. Особенностью всех видов последовательного прессования является отсут­ствие зависимости между общими габаритами изделия и усилием пресса, которое прикладывается на относительно небольшом участке поверхности прессуемого тела

К последовательному прессованию в принципе можно отнести прокатку и мундштучное выдавливание, но из-за отсутствия цикличности работы оборудования их рассматривают отдельно от недавно предложенной технологии последовательно-поперечного прессования. По этой технологии изделия в виде полых цилиндров получают двумя операциями: сначала из порошка прессуют заготовку методом подвижной иглы, затем в этой же пресс-форме дополнительно уплотняют пуансоном-протяжкой. Операцию выполняют на горизонтально-протяжном стане, получая трубы длиной до 2 м, толщиной – 1 мм (плотность равномерно распределена по всей длине).

На пресс-автомате из твердого сплава получают стержни ø 15 мм и длиной 220 мм.

Последовательное прессование является в настоящее время единственным способом получения твердосплавных стержней длиной более 100 мм и отношением L : D более 4 с различной формой сечения.

(Мундштучное выдавливание не позволяет получить (устойчиво) стержни с диаметром более 5 мм)

Другая область применения этого способа – изготовление цилиндрических прессовок, предназначенных для дальнейшей токарной обработки в пластифицированном состоянии, тогда как в настоящее время получают пластифицированные заготовки только в виде брусков.

Горячее прессование

Сущность метода – сжатие порошка одновременно с нагревом в широком интервале давления и температуры. Основная технологическая особенность заключается в значительной пластической деформации прессовки в момент спекания. Если при обычном спекании происходит трехмерная усадка изделия, то при горячем – размеры в горизонтальном сечении остаются неизменными, а коэффициент линейной усадки по высоте равен коэффициенту объемной усадки. Получают изделия слож­ной формы и конфигурации с весьма высокой точностью и большой плотностью. Однако, часто поверхность получается неровной из-за взаимодействия кобальта с графитовой пресс-формой.

Недостатки метода: 1) наличие напряжений в заготовке; 2) трудности замера и регулировки температуры; 3) расход пресс-инструмента; 4) низкая производительность; 5) высокая энергоемкость (много потерь тепла); 6) грубая поверхность изделия.

Это делают его не достаточно конкурентноспособным другим способам получения твёрдосплавных изделий

Современная область применения этого метода – получение из твердого сплава крупногабаритных изделий, размеры которых не позволяют использовать обычное холодное прессование; устранения коробления твердосплавных изделий различной формы: кольца, фрезы, резцы и др. Имеется полуавтоматическая установка правки стержней.