4.2.4 Спекание порошковых заготовок

Холодное прессование не обеспечивает механической прочности прессовок. Для повышения механических свойств и придания порошковым изделиям необходимых физико-химических свойств заготовки подвергают спеканию. Спекание производится при температуре 0,7-0,9 от абсолютной температуры плавления основного компонента в многокомпонентной порошковой смеси.

В процессе спекания за счет качественного и количественного изменения контактов, связанных с большой подвижностью атомов при повышенных температурах, увеличивается поверхность зацепления частиц, повышаются плотность и прочность изделия, достигаются необходимые физико-химические свойства.

Спекание производится в вакууме или контролируемой атмосфере (восстановительной – водород, диссоциированный аммиак, конвертированный газ, нейтральной – аргон, гелий и др.) Длительность выдержки при температуре спекания в зависимости от состава шихты может быть до нескольких часов (таблица 4.2).

В результате спекания прочностные свойства σВ; σТ железографита увеличиваются от 100 МПа до 300 МПа (в зависимости от материала, режимов процесса, пористости), твердость увеличивается от 60 НВ до 100 НВ.

Плотность изделий возрастает с повышением температуры спекания и давления прессования. Для получения порошковых беспористых или малопористых изделий применяют многократное прессование и спекание или горячее прессование.

Точность размеров изделий после спекания соответствует 12-14 квалитету, шероховатость поверхности 10-5 мкм. Калибровка повышает точность до 8-11 квалитета, снижает шероховатость до 5 -2,5 мкм.

Таблица 4.2 - Ориентировочные режимы прессования и спекания порошковых антифрикционных материалов

4.2.5 Классификация порошковых материалов

Марки порошковых сталей обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы СП указывают, что сталь получена методом порошковой металлургии. Число после буквы П показывает среднее содержание общего углерода в сотых долях процента, содержание свободного углерода при этом не превышает 0,2 %. Следующие за этим числом буквы обозначают легирующие элементы (обозначение как в легированных сталях: А - азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий).

Цифра после дефиса указывает подгруппу плотности материала:

1 – пористость 25-16 %, плотность γ = 6,0-6,6 г/см3;

2 – пористость 15-10 %, γ = 6,7-7,1 г/см3;

3 – пористость 9-2 %;

4 – пористость не более 2 %.

В таблице 4.3 приведена классификация порошковых изделий и область их применения.

Таблица 4.3 – Классификация порошковых материалов, состав и области применения

Среди перечисленных в таблице 4.3 материалов наибольшее распространение получили изделия из порошков на основе железа и меди. Некоторые из свойств приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Составы и свойства некоторых порошковых конструкционных материалов

4.3 Порядок выполнения работы

4.3.1 Спрессовать на гидравлическом прессе образцы из железного и медного порошков при удельных давлениях прессования 150, 300, 500, 700 МПа по 3 образца.

4.3.2 Определить объёмную величину и массу упругого последействия. Посчитать их относительную плотность (θ, %) и пористость (П, %) образцов П = 100 – θ.

Относительная плотность определяется отношением плотности спрессованного или спеченного порошкового изделия к плотности компактного металла или сплава

где γ – плотность спрессованного или спеченного изделия.

γk – плотность того же изделия в беспористом состоянии (плотность компактного).

4.3.3 Построить диаграмму уплотняемости железного порошка.

4.3.4 Произвести спекание образцов.

4.3.5 Определить твердость спеченных образцов.

4.3.6 Выводы.