Вопрос 3. Технологические свойства

Насыпная масса (у_нас., г/см³) — масса единицы объема порош­ка при его свободном истечении и заполнении фиксированного объема, ее определяют на приборе волюмометре. Эта характе­ристика важна при объемном дозировании порошка в схемах

прессования, расчете высоты засыпки матрицы, расчете объема расходных бункеров. Чем крупнее частицы и более равноосна их форма, тем больше насыпная масса порошка. Чем меньше на­сыпная масса, тем меньше усадка брикета при спекании.

Текучесть (Т, г/с) — скорость истечения навески порошка через калиброванное отверстие. Эта характеристика важна при объемном дозировании порошка на автоматических линиях прессования. Чем больше поверхность частиц, меньше их круп­ность, тем хуже текучесть порошка.

Прессуемосгпъ — способность порошка влиять на плотность изделия в зависимости от давления прессования. Чем пластичнее порошок, чем больше разветвленность его частиц, тем лучше его прессуемость. Прессуемость оценивают по характеру зави­симости в координатах «относительная плотность брикета — давление прессования».

Формуемостъ — способность изделия из порошка сохранять заданную форму, получаемую при минимальном давлении прес­сования. Она зависит от крупности, формы частиц; чем больше насыпная плотность порошка, тем хуже его формуемость. Каче­ственно формуемость оценивают по барабанной пробе — устой­чивости полученных брикетов к истиранию при вращении бара­бана.

Технологические свойства порошка регулируют, используя ряд подготовительных операций:

• обкатка в барабане, иногда в среде увлажнителя (бензин, спирт), — для улучшения текучести;

• классификация — для выделения наиболее технологич­ных фракций;

• шихтовка и усреднение — для получения смеси с опти­мальной текучестью, прессуемостью;

• отжиг — для повышения пластичности частичного удале­ния серы, углерода, кислорода; операцию проводят в защитной атмосфере или вакууме при температурах не более 0,4—0,6 Т_ш.

Вопрос 4. Производство изделий из порошков

Технологический цикл включает стадию формования (чаще всего приемы прессования, прокатки, экструзии и их разновид­ности) и стадию спекания. Иногда, в зависимости от требований, предъявляемых к готовому изделию, этот цикл («пластическая деформация — спекание») повторяют.

Прессование — получение изделия из порошка, засыпанного в пресс-форму, под воздействием внешнего давления. Известны различные способы прессования в зависимости от условий (хо­лодное, горячее, вакуумное), способа приложения нагрузки

(двухстороннее, модификации изостатического прессования, од­ностороннее), используемого пресс-инструмента, вида техноло­гии (непрерывное, повторное, предварительное) и др.

Навески загружают в форму весовым или объемным мето­дом вручную (при малом объеме производства) или с помощью автоматических дозаторов. При объемном дозировании важна хорошая текучесть порошка; для формирования более равно­мерного и плотного слоя порошка в пресс-формах последние по­мещают на вибрационную площадку.

Пресс-форма (рис. 2) — инструмент, используемый для прессования порошков; состоит из матрицы, верхнего и нижнего пуансонов. Матрица формирует боковую поверхность изделия и вмещает навеску порошка. Верхний пуансон формирует верхний торец изделия, переда­ет давление. Нижний пуансон формирует нижний торец изде­лия и исключает высыпание порошка, загружаемого в мат­рицу.

Конструкция пресс-формы должна обеспечивать получе­ние изделия требуемой формы, размеров, одинаковой плотнос-

Рис. 2/ Схема пресс-формы:

/ — пуансон верхний; 2 — матрица;3 — навеска порошка;4 — пуансон нижний

ти во всем объеме изделия, удобство его выпрессовки, длитель­ный срок службы, простоту и экономичность конструкции. Если высота изделия больше диаметра, то используют пресс-форму с подвижными верхним и нижним пуансонами.

Пресс-формы изготавливают из износостойкой стали, внут­реннюю поверхность матрицы упрочняют с помощью термооб­работки.

Прессы — машины, обеспечивающие необходимые сжимаю­щие усилия (давление) при обработке порошковых материалов. Существуют разнообразные типы прессов в зависимости от источ­ника и характера передачи энергии, назначения, рабочего цикла. Наиболее распространены механические (р = 100—1000 кН) и гидравлические(р = 40—100 МН) прессы. Они работают в пе­риодическом режиме и автоматически. Гидравлические прессы обеспечивают плавное уплотнение, что важно при получении из­делий из дисперсных, плохо прессуемых порошков.

В основе типоразмеров прессов заложена 6-значная шкала мощности: 9,8; 15,7; 24,5; 39,2; 61,8; 98,1 кН. Коэффициент пере­счета для определения 2-го и 3-го порядков мощности соответст­венно 10 и 100-кратный относительно величины в первой шкале.

Прокатка порошков — непрерывное формование заготовок из порошка с помощью валков прокатного стана. Этот процесс требует меньше эксплуатационных и капитальных затрат, со­кращается выход отходов в сравнении с прокаткой слитков, осо­бенно при получении тонкомерного проката. Существуют раз­личные способы прокатки в зависимости от расположения осей валков (вертикальная, горизонтальная, наклонная — рис. 8.5), степени нагрева материала (холодная, горячая), формы проката (лист, профиль), режима (периодический, непрерывный). Ско­рость вращения валков 0,3—30 мин^-1.

Для получения качественного проката важную роль играет текучесть порошка: чем она больше, тем больше производи­тельность, кроме того, обеспечивается получение сплошной за­готовки. Скорость прокатки колеблется в пределах 3—25 м/мин. Толщина и плотность проката зависят от состава, крупности, формы частиц порошка, скорости вращения и создаваемого вал­ками давления.

Рис. 3 Основные способы прокатки:

/ — вертикальная; 2 — горизонтальная; 3 — наклонная

Для улучшения качества проката используют отжиг, спека­ние, повторное уплотнение, защитные среды, герметичные кон­тейнеры. Схема цепи аппаратов для получения ленты прокаткой порошка кобальта приведена на рис. 8.6.

Мундштучное прессование (экструзия) — формование заго­товок из порошка (часто в смеси с пластификатором) путем про-давливания его через калиброванное отверстие в матрице (рис. 8.7), определяющее его форму и сечение. Способ позволя­ет получать длинномерные изделия (трубы, прутки, профили) с равномерной плотностью даже из плохо прессуемых порошков, типа вольфрама, молибдена, тугоплавких соединений.

Пластификаторами служат парафин, бакелит, полимерные смолы, расход их составляет 6—10 %. Если вести процесс при на­греве, то пластификатор не требуется. Таким способом форму­ют порошки алюминия и его сплавов при 670—870 К, а порош­ки никеля — при 1400—1500 К. При обработке химически ак­тивных порошков используют защитные среды. Процесс проводят под давлением в несколько сотен мегапаска-лей, обеспечивая скорость прохода материала 5—10 мм/с и степень обжатия(К, %) — не менее 90 %, последняя представляет отношение разности площадей попе­речного сечения отверстияматрицы (5) и мундштука (/) к сечению матрицы:

Рис. 4. Схема производства ленты из порошка:

/ — порошок кобальта; 2 — прокатный стан;3 — сформированная лента;4 — бухта-«моталка»; 5 — печь для обжига бухты;6 — спеченная лента; 7 — стан горячей прокатки;8 — водяное охлаждение;

9 — узел размотки ленты; 10 — холодная прокатка / — узел формования; // — узел спекания; /// — узел горячей прокатки;IV — узел калибровки ленты

Рис. 5. Схема мундштучного прессования:

1 — пуансон; 2 — матрица; ^ — порошок;4 — мундштук; 5 — обойма;6 — изделие

Прессы, используемые для мундштучного прессова­ния, называются экструде-рами. Получаемые изделия подвергают сушке, отжигу или спеканию.

Спекание — обработка при температурах, не превышающих 0,7—0,9 от температур плавления основного компонента шихты с целью упрочнения и уплотнения спрессованных изделий и мак­симального приближения к свойствам компактного материала. В процессе спекания происходит усадка — уменьшение линей­ных и объемных размеров изделия за счет уменьшения его пори­стости. Величина усадки возрастает с повышением температу­ры, особенно для изделий, полученных при невысоких давлени­ях прессования.

Спекание ускоряется при повышенной дисперсности и раз­ветвленное™ частиц порошка, использовании восстановитель­ной среды. Иногда используют жидкофазное спекание — как способ получения прочных и плотных изделий на основе туго­плавких, плохо прессуемых материалов. Например, при спека­нии изделий на основе карбида вольфрама роль связки выполня­ет порошок кобальта, который расплавляется при используе­мых температурах. Восстановительную атмосферу обеспечива­ют за счет подачи предварительно осушенных газов (водород, эндо-, экзогазы, аммиак). Иногда спекание проводят в вакууме; в этом случае требуется более низкая температура, улучшается равномерность распределения жидкой фазы. Выбор защитной среды предполагает и дополнительную очистку изделия от при­месей.

Как правило, при спекании применяют защитные засыпки (асбестовая мелочь, графитовая крупка, кварцевый песок); они позволяют изолировать изделия от окружающей атмосферы, обеспечивать равномерность прогрева, достигать поверхностного легиоровпания,предотвращать взаимное припекание изделий.