Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и свойства спеченных материалов и изделий из них. Лабораторный практикум
.pdf
Лабораторная работа 7
ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ
НА ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ПЛОТНОСТЬ БРИКЕТОВ
ИЗ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ СМЕСИ
(4 часа)
7.1. Цель работы
Приобретение навыков оценки прессуемости твердосплавных
смесей.
7.2. Теоретическое введение
Сущность прессования смесей заключается в деформировании
свободно насыпанного порошка обжатием в пресс-форме под воздействием приложенного внешнего давления с целью получения образца
с заданными характеристиками: формой, размером и плотностью.
Графики зависимости изменения относительной плотности (пористости) от давления прессования θ = f(р), называемые диаграммой
прессования, имеют большое практическое значение при изучении
прессуемости различных порошков, а также при разработке технологии изготовления деталей. Зависимость между рассматриваемыми
величинами в общем виде можно выразить монотонной кривой с характерными участками: быстрого нарастания плотности на первом
участке и дальнейшего постепенно замедляющегося увеличения
плотности с ростом давления прессования благодаря деформации
самих частиц порошка.
Для хрупких материалов, к которым относятся твердые сплавы,
деформация проявляется в разрушении и дроблении выступов на
поверхности частиц и самих частиц. Участок пластической деформации для них на кривой уплотнения отсутствует.
Из аналитических зависимостей, связывающих плотность с давлением прессования, наиболее простую и общую форму имеют уравнения М.Ю. Бальшина:
lg lg
=− β+
Pm P
lg lg
=θ+
Pm P
max
;
(7.1)
,или
max
41
где P – давление прессования; P
– расчетное давление, при кото-
max
ром пористость приближается к нулевому значению (так называемое давление истечения материала); β – относительный объем;
θ – относительная плотность; m – показатель прессуемости, ко-
торый зависит от свойств порошка, его природы.
В уравнении (7.1) не учитывается влияние наклепа и внешнего
трения. Графически уравнение для большинства материалов выражается прямой линией, однако в реальных условиях возможны
отклонения, как правило, выпуклостью вниз. О характере прессуемости в каждом конкретном случае судят по диаграммам прессуемости и характеру кривой lgβ = f(lgP) с учетом физических свойств
порошка.
Закономерности процесса прессования твердосплавных смесей
аналогичны зависимостям для порошкообразных металлов, однако некоторые особенности прессования этих материалов обусловлены их малой пластичностью, высокой дисперсностью, плохой
текучестью и упругостью. Брикеты из твердосплавных смесей не
имеют достаточной прочности, а из-за опасности появления «расслойных» трещин невозможно применение высокого давления. Все
это вызывает необходимость введения в смесь перед прессованием
пластификатора.
7.3. Оборудование и методика
Процесс прессования смесей твердых сплавов различных марок
проводят на гидравлическом прессе усилием 500 кН (50 т) при давлении 70…150 МПа (0,7…1,5 т/см2). Подробно оборудование и методика прессования описаны в [2].
7.4. Порядок проведения работы и указания по технике
безопасности
Лабораторную работу выполняют для 2–3 видов твердосплавных сме-
сей по одному из следующих вариантов, указанных преподавателем.
Вариант 1. Прессуют порошки 2–3 видов, отличающихся способностью к деформированию (например, медь и ВК8), при давлении
70…400 МПа (0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0 т/см2).
Вариант 2. Прессуют по два образца из смесей ВК6, ВК6М,
ВК6ОМ, ВК6К, ВК6В, различающихся технологическими свойствами, при давлении 70…400 МПа (0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0 т/см2).
42
Вариант 3. Прессуют по два образца из смесей WC–Co с разным
содержанием кобальта (8…15 %) при давлении 70…400 МПа (0,7; 1,0;
2
1,5; 2,0; 4,0 т/см
).
Вариант 4. Прессуют по два образца из смесей ВК6, Т15К6, ВК15,
Т30К4 при давлении 75…350 МПа (0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 т/см2).
Вариант 5. Прессуют по два образца из смесей WC–Co, различающихся размером зерна при одинаковом содержании кобальта, при
давлении 75…350 МПа (0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 т/см
2
). Напри-
мер, ВК6, ВК6ОМ, ВК6В, ВК6К.
Процесс приготовления твердосплавных смесей приведен в прил. 9.
Предварительно рассчитывают навеску (Y = VdkθK1K2, где V –
объем прессования; dk – аддитивная плотность смеси; θ – относительная плотность брикета; K1, K2 – коэффициенты, учитывающие
потери при взвешивании и засыпке в пресс-форму соответственно)
для брикета размером H:D = 0,5.
Для многокомпонентных смесей плотность беспористого материала dk рассчитывают по правилу аддитивности; K1 = K2 = 2 %.
Прессование производят в стальной прессформе диаметром
10…16 мм на гидравлическом прессе при указанных преподавателем
значениях давления. После прессования брикеты взвешивают и обмеряют микрометром. Рассчитывают относительную плотность θ,
пористость П и относительный объем β [1].
При выполнение работы необходимо соблюдать следующие правила работы на гидравлическом прессе.
1. Процесс прессования проводить только при опущенном предо-
хранительном щитке.
2. При прессовании обязательно следить за ходом стола пресса во
избежание поломки пуансонов пресс-формы.
3. Выпрессовку брикета производить обязательно с помощью вы-
прессовочных колец.
4. При прессовании необходимо поддерживать заданное давле-
ние, значение которого определяется по манометру.
7.5. Обработка результатов эксперимента
1. Полученые экспериментальные данные запишите в таблицу
«давление прессования – свойства смеси».
2. Постройте графики зависимостей:
– относительной плотности брикета от давления прессования θ =
= f(P);
43
– пористости брикета от давления прессования П = f(P);
– относительной плотности и относительного объема от давления
прессования в логарифмических координатах:
lg l() (g,g lg)l θ= β=fP fP
3. Определите коэффициенты уравнения М.Ю. Бальшина P
max
.
и m.
7.6. Отчет о выполнении лабораторной работы
Отчет должен содержать цель её проведения, описание опытов с
учетом задания, теоретическую часть, условия прессования и необходимые расчеты, характеристику оборудования, методику определения свойств брикетов, таблицу и графики, построенные по результатам опыта, анализ полученных данных и их сравнение с данными,
приведенными в [1, 2].
Библиографический список
1. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы по-
рошковой металлургии. М.: МИСиС, 2001. Т. 1. 367 с.
2. Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А. Технология и свой-
ства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС,
2004. 462 с.
Контрольные вопросы
Для проверки готовности к проведению лабораторной работы
1. Назовите основные особенности процесса прессования твердо-
сплавных смесей.
2. Перечислите основные детали пресс-формы, в которой прово-
дят прессование различных материалов.
3. Назовите основные преимущества и недостатки механических
и гидравлических прессов.
4. Перечислите смазки, которые оказывают наибольшее влияние
на прессуемость твердосплавных смесей.
5. Перечислите основные характеристики, от которых зависит
прессуемость твердосплавных смесей.
6. Перечислите основные виды формования твердосплавных
смесей.
44
К защите работы
1. В чем заключается различие прессуемости твердосплавных
смесей и железного (медного) порошка?
2. Чем отличаются условия прессования твердосплавных смесей
от условий прессования пластических порошков?
3. Каков характер изменения относительной плотности прессов-
ки из твердого сплава ВК8 с ростом давления от 50 до 1000 МПа?
4. Как можно устранить «расслой» в прессовках из твердых спла-
вов?
5. Как зависит давление прессования твердосплавных смесей от
их состава?
6. В чем заключается отличие прессуемости пластичных металли-
ческих порошков от твердых сплавов?
7. Как влияет размер частиц, состояние поверхности, состав сме-
си на прессуемость твердосплавных смесей?
45
Лабораторная работа 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ УСИЛИЯ ПРЕССОВАНИЯ
НА ПРЕОДОЛЕНИЕ ТРЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ
СМЕСЕЙ О СТЕНКИ ПРЕСС-ФОРМЫ
(4 часа)
8.1. Цель работы
Приобретение навыков определения потерь усилия прессования
на преодоление внешнего трения порошка о стенки пресс-формы
в зависимости от исходного порошка, высоты брикета и давления
прессования.
8.2 Теоретическое введение
Усилие прессования P расходуется на преодоление трения частицами порошка о стенки пресс-формы (внешнее трение), между самими частицами (внутреннее трение) и на деформирование частиц.
Потери давления на преодоление внешнего трения могут составлять
60…90 % от общего приложенного усилия прессования. Внешнее
трение приводит к неравномерному распределению плотности по
объему и высоте спрессованного брикета, что определяется затратой
усилия прессования на преодоление внешнего трения о внутреннюю
поверхность пресс-формы. Значение силы трения о стенки прессформы определяется из уравнения
=μNPS, (8.1)
где μ – коэффициент трения порошка о стенки пресс-формы; P
среднее боковое давление, МПа (т/см2); S
тр бок бок
– площадь поверх-
бок
бок
–
ность трения, см2.
Наиболее значительный перепад относительной плотности наблюдается по высоте твердосплавного брикета, который значительно выше, чем для железной и медной прессовки.
Потери давления прессования на преодоление сил трения порошка о стенки пресс-формы при отсутствии смазки стенок матрицы превышают 30 % от общего усилия прессования, а для твердых
46
сплавов и тугоплавких соединений – 50 %. Величина потерь зависит
от свойств порошка, отношения высоты прессовки к ее диаметру,
состояния поверхности полости матрицы пресс-формы.
Введение смазки уменьшает потерю давления и неравномерность
распределения плотности по объему и тем самым повышает среднюю плотность брикета.
8.3. Оборудование и методика
Для определения потерь на внешнее трение используют прессформу, изображенную на рис. 8.1. Из рисунка следует, что усилие
прессования N складывается из усилия, передаваемого порошку и
доходящего до нижнего торца прессования n1, и усилия, передаваемого матрице за счет трения частиц о ее поверхность n2 (Nтр).
Рис. 8.1. Схема пресс-формы для определения падения давления по
1 – верхний пуансон; 2 – матрица; 3 – порошок; 4 – медная проклад-
ка; 5, 7 – стальные шарики; 6 – кольцевая прокладка под матрицей
пресс-формы; 8 – нижний пуансон
высоте прессовки:
Усилие прессования P оценивают методом вдавливания стальных
шариков в прокладки из материала с известной твердостью. За счет
сил трения прессовки о стенки матрицы пресс-формы усилие прес-
47
сования N = S · HB (где S – площадь отпечатка; HB – значение твердости по Бринеллю) от пуансона передается и на матрицу, в результате чего на прокладке 6 остаются отпечатки трех шариков 7. Общая
площадь этих отпечатков обозначается как
S2. Усилие также пере-
дается через прессовку на другую прокладку 4, которая опирается на
три шарика 5 с общей площадью их отпечатков
S1.
Принимая
NnNn==
тр
–
21
, (8.2)
находим относительную потерю усилия прессования на внешнее
трение:
N
тр
NN
Nn
=
−
1
. (8.3)
При условии равенства твердости материала прокладок 4 и 6 усилия n1 и n2 можно условно заменить соответствующими общими площадями отпечатков S1 и S2, в результате чего получим
∑
тр
=
NSS
⋅NSK
2
∑+∑
12
,
(8.4)
где K = 1 – коэффициент пропорциональности (размерный коэф-
фициент).
8.4. Порядок проведения работы и указания по технике
безопасности
Работу выполняют со следующими двумя материалами по указа-
нию преподавателя:
1) медный порошок и смесь ВК6;
2) медный порошок + 1 % графита и смесь ВК6;
3) медный порошок + 5 % графита и смесь ВК6;
4) медный порошок и смесь ВК15;
5) медный порошок и смесь Т30К4;
6) медный порошок + 2 % вазелинового масла или олеиновой
кислоты и смесь ВК6.
Для прессования указанных преподавателем материалов используют стальную пресс-форму, приведенную на рис. 8.1. Навеску порошка рассчитывают из условия получения прессовки с H : D = 1,5 с
пористостью 50 % при соответствующем диаметре пресс-формы.
48
Давление прессования составляет 50…300 МПа (0,5; 1; 2; 3 т/см2).
Навеску порошка помещают в пресс-форму и производят прессование. На извлеченном из пресс-формы брикете с помощью микроскопа замеряют диаметры отпечатков на кольцевой и сплошной
(под пуансоном) прокладках. Рассчитывают суммарную площадь
отпечатков и вычисляют значения n
и n2, затем вычисляют относи-
1
тельные потери усилия прессования (Nтр / N, %). По полученным
результатам строят график Nтр / N = (P) и проводят оценку потери
усилия прессования в зависимости от выбранного материала. Следует строго соблюдать все указания по технике безопасности при работе на гидравлическом прессе, приведенные в лабораторной работе 7.
8.5. Обработка результатов эксперимента
1) Зарисуйте схему проведения эксперимента.
2) Запишите экспериментальные данные в таблицу «потери уси-
лия прессования от давления».
3) Постройте график зависимости относительных потерь усилия
прессования от давления для различных порошковых материалов.
8.6. Отчет о выполнении лабораторной работы
Отчет должен содержать цель ее проведения, описание и ход выполнения опытов с учетом задания, теоретическую часть, расчеты,
характеристику оборудования, результаты определения точности измерений, таблицы и графики, обсуждение полученных результатов.
Библиографический список
Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. М.: МИСиС, 2001. Т. 1. 367 с.
Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС,
2004. 462 с.
Контрольные вопросы
Для проверки готовности к проведению лабораторной работы
1. Перечислите виды трения при прессовании порошков различ-
ных материалов.
49
2. Назовите основные причины, которые вызывают потери дав-
ления прессования.
3. Чем объясняется необходимость приложения давления вытал-
кивания для выпрессовки брикета из пресс-формы?
4. Перечислите свойства порошков, которые влияют на потери
давления на внешнее трение.
5. Назовите основные свойства кольцевой и сплошной прокла-
док соответственно под матрицей и пуансоном.
К защите лабораторной работы
1. Какова связь потерь на внешнее трение с величиной усилия
выталкивания?
2. Каковы различия в потерях давления для твердосплавных сме-
сей в сравнении с металлическими порошками?
3. Каковы потери давления на внешнее трение с увеличением
высоты прессовки или давления прессования?
4. Какова зависимость прочности прессовки от высоты прессуе-
мого брикета и технологических свойств порошка?
5. Как и почему изменяется плотность в верхнем сечении прес-
совки из твердого сплава от центра к краю?
6. Каково влияние повышенного содержания свободного углеро-
да в твердосплавной смеси на потерю давления на внешнее трение?
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]