Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технология получения и свойства спеченных материалов и изделий из них. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 146 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Лабораторная работа 9

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

ПО ОБЪЕМУ СПРЕССОВАННОГО БРИКЕТА

ИЗ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ СМЕСИ

(4 часа)

9.1. Цель работы

Приобретение навыков оценки плотности прессовок, а также распределения плотности образца в вертикальном и горизонтальном направлениях для твердосплавных смесей в сравнении с металлическими порошками.

9.2. Теоретическое введение

Получить спрессованный в стальной пресс-форме брикет с совершенно одинаковой плотностью по всему объему не представляется возможным. Неравномерность распределения плотности (пористости) по вертикальному и горизонтальному сечениям объясняется наличием трения порошка о стенки матрицы пресс-формы (внешнее трение), которое приводит к потере давления прессования по объему прессовки. В результате этого в вертикальном сечении плотность снижается сверху вниз (при одностороннем прессовании), а по горизонтали наблюдается изгиб слоев порошка в спрессованном образце. Для твердосплавных смесей наблюдается более сильный перепад плотности по высоте, чем у металлических порошков, из-за больших потерь давления на внешнее трение, связанное со свойствами материала (твердость, модуль Юнга). Так, в нижних слоях твердосплавной прессовки фактическое давление прессования в зависимости от марки сплава составляет 20…30 % от приложенного давления.

Неравномерное распределение плотности по объему является нежелательным, так как вызывает неравномерную усадку и коробление при спекании изделия, т.е. приводит к браку. Неравномерность распределения плотности в прессовке можно уменьшить введением смазок в смесь, смазыванием стенок матрицы пресс-формы, уменьшением отношения высоты прессовки к ее диаметру.

Применение метода двустороннего прессования из-за снижения потери давления на внешнее трение также позволяет уменьшить не-

равноплотность. Это справедливо как для металлических порошков, так и для твердосплавных смесей.

9.3. Оборудование и методика

Работа выполняется на гидравлическом прессе усилием 500 кН

(50 т) аналогично описанию, приведенному в лабораторной работе 7.

9.4. Порядок проведения работы и указания по технике безопасности

Работу выполняют с двумя порошками по указанию преподавателя:

1) медный порошок и смесь ВК6ОМ;

2) медный порошок + 1 % графита и смесь ВК6ОМ;

3) медный порошок + 5 % графита и смесь ВК6 или Т15К6;

4) медный порошок + 1 % олеиновой кислоты и смесь ВК6 или

Т5К10.

Прессование проводят в стальной пресс-форме диаметром 6…12 мм. Навеску рассчитывают из условия H = 0,5D (в расчете на нулевую пористость). В пресс-форму послойно помещают три навески, каждую из которых тщательно разравнивают и отделяют друг от друга прокладкой из алюминиевой фольги или кальки.

Прессование проводят под давлением 100 и 200 МПа (1 и 2 т/см2). Полученный брикет выпрессовывают из пресс-формы, взвешивают, измеряют высоту брикета и диаметр, зарисовывают расположение и вид всех прокладок. Затем прессовку осторожно разделяют на отдельные части. Штангенциркулем измеряют высоту каждой дольки по центру и краю. Их нумеруют, зарисовывают форму каждой дольки, начиная с ближней от пуансона, к которому прикладывали усилие. Вычисляют плотность всего брикета гидростатическим взвешиванием каждой дольки. По результатам расчетов плотности и пористости строят графики зависимости указанных свойств от расстояния до пуансона, отметив различия в распределении плотности медного порошка и твердосплавной смеси.

Следует строго соблюдать указания по технике безопасности при работе на гидравлическом прессе, приведенные в лабораторной работе 7.

9.5. Обработка результатов эксперимента

1. Зарисуйте прессовки вместе с расположением прокладок.

2. Зарисуйте форму каждой дольки прессовки после разделения

всего брикета.

3. Определите методом гидравлического взвешивания относи-

тельную плотность всего брикета и каждой дольки.

4. Запишите экспериментальные данные в таблицу «свойства

прессовки – расстояние от пуансона».

5. Постройте графики зависимости относительной плотности и пористости от расстояния до пуансона в пресс-форме для разных исходных порошков и давлений прессования.

9.6. Отчет о выполнении лабораторной работы

Отчет должен содержать цель работы, описание опытов с учетом задания, теоретическую часть, расчеты, методику определения свойств прессовок, результаты определения точности измерения, таблицы и графики, построенные по результатам эксперимента, обсуждение результатов с учетом различий для медного порошка и твердосплавной смеси.

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. Какова основная причина неравномерного распределения

плотности по объему спрессованного образца?

2. Как влияют физические и технологические свойства порошка

на распределение плотности по высоте прессовки?

3. Как можно уменьшить неравномерность плотности по объему

прессовки?

4. Как меняется неравномерность плотности по объему прессов-

ки для материалов с разным коэффициентом трения?

5. Назовите основную деталь пресс-формы, в которую засыпает-

ся смесь перед прессованием.

6. С какой целью в твердосплавную смесь перед прессованием

добавляют пластификатор?

К защите лабораторной работы

1. Почему при одинаковом давлении прессования неравномерность плотности по объему прессовки для твердосплавных смесей больше, чем для медного порошка?

2. Как изменяется плотность по объему прессовки при уменьшении высоты прессовки и увеличении давления прессования?

3. Как влияет на неравномерность плотности по объему прессовки введение поверхностно-активных смазок?

4. Какой способ формования обеспечивает наибольшую неравноплотность по объему прессовки?

5. Чем объясняется более высокая плотность в верхней дольке прессовки, чем в нижней?

6. На чем основан метод гидростатического взвешивания для определения относительной плотности?

Лабораторная работа 10

ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ФОРМОВАНИЕ

ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СМЕСЕЙ

В ТОЛСТОСТЕННЫХ ОБОЛОЧКАХ (ВТУЛКАХ)

(4 часа)

10.1. Цель работы

Приобретение навыков изостатического формования твердо-

сплавных смесей в эластичных втулках на гидравлическом прессе.

10.2. Теоретическое введение

Изостатическое формование является упрощенным вариантом гидростатического формования, применяемого для производства изделий небольших размеров, например твердосплавных режущих пластин простой формы.

Засыпанную во втулку (оболочку) смесь помещают в металлическую пресс-форму и подвергают прессованию пуансоном на гидравлическом прессе. Роль среды, передающей равномерно всестороннее давление, выполняет оболочка, которую изготовляют из эластичных материалов различных видов.

Основные требования к материалу оболочки:

1) он должен вести себя аналогично жидкости, чтобы обеспечи-

вать равномерную передачу давления на смесь;

2) его остаточная деформация должна быть равна нулю;

3) он должен обладать способностью принимать и сохранять необ-

ходимую геометрическую форму, соответствующую готовому изделию;

4) его можно легко отделять от прессуемого изделия.

Материалов для толстостенных эластичных оболочек (втулок) очень много. Наиболее простые: воск, парафин, резина.

Для обеспечения равномерного всестороннего давления на прессуемую смесь материал оболочки должен иметь коэффициент Пуассона, равный или близкий к 0,5.

Размер эластичных оболочек рассчитывают по формуле

HH h=+, (10.1)

об зас пр

где Hоб – высота оболочки, мм; H

– высота засыпки требуемого ко-

зас

личества порошка; hпр – высота торцевой пробки, мм;

зас

γ=

здесь γ – плотность формовки, г/см

, (10.2)

нас

; γ

– насыпная плотность сме-

нас

си, г/см3; H – высота формовки, мм;

об

пр

, (10.3)

здесь T – толщина стенки оболочки, мм; D – внешний диаметр обо-

лочки, мм.

Толщина стенки эластичной оболочки обычно составляет 5...7 мм.

Равномерность формовки достигается благодаря отсутствию потерь на трение между стенкой матрицы пресс-формы и смеси. Плотность такого изделия всегда больше, чем прессованного в стальной прессформе. Закономерности процесса формирования в оболочках практически не отличаются от таковых при гидростатическом формовании.

10.3. Оборудование и методика

Предварительно внутреннюю поверхность матрицы для уменьшения трения оболочки о стенки пресс-формы смазывают тонким слоем масла. В матрицу опускают эластичную оболочку с твердосплавной смесью и через верхний пуансон пресс-формы на нее передают давление от плунжера гидравлического пресса. По окончании процесса прессования вынимают из пресс-формы оболочку и освобождают прессовку. Проводят определение плотности и пористости прессовки. Методика оценки плотности и пористости приведена в прил. 1.

10.4. Порядок проведения работы

и указания по технике безопасности

Работа проводится группой из 2–3 человек со следующими смесями по указанию преподавателя:

1) электролитическая медь 7) смесь Т5К10;

2) смесь ВК 6; 8) смесь Т15К6;

3) смесь ВК 8; 9) смесь Т30К4;

4) смесь ВК 15; 10) ТТ7К12;

5) смесь ВК 6 ОМ; 11) смесь ТТ10К8Б;

6) смесь ВК 20К; 12) смесь ТТ20К9.

Рассчитывают необходимое количество смеси с учетом возможных потерь (2...3 %) для получения брикетов с соотношением H = D; H = 2D; H = 3D при пористости 30 %. Внутренний диаметр оболочки 6; 12; 25 мм (по указанию преподавателя).

Перед прессованием смесь осторожно уплотняют встряхиванием. Оболочку закрывают торцевой резиновый крышкой и помещают в стальную пресс-форму. Прессование проводят при значениях давления, МПа (г/см

): 50 (0,5); 100 (1,0); 200 (2,0); 300 (3,0).

По окончании прессования при каждом значении давления оболочку извлекают из матрицы, снимают торцевую крышку и вынимают прессовку. Измеряют высоту прессовки, ее диаметр, массу и рассчитывают плотность. Затем разделяют на три части, дольки нумеруют, измеряют их высоту, диаметр, массу. Методом гидростатического взвешивания определяют плотность каждой дольки, рассчитывают пористость для каждого значения давления прессования и разного соотношения. H : D. Требования техники безопасности при работе на гидравлическом прессе приведены в лабораторной работе 7.

10.5. Обработка результатов эксперимента

1. Полученные экспериментальные данные запишите в таблицу

«давление прессования и высота изделия – свойства брикета».

2. По результатам эксперимента постройте графики:

а) зависимости плотности и пористости от давления прессования для каждого материала и различных соотношений H : D;

б) зависимости логарифма относительного объема прессовки от логарифма давления при различных соотношениях H : D;

в) зависимости плотности по высоте брикета при различных соотношениях H : D для каждого значения давления прессования;

г) зависимости плотности от высоты брикета для каждого значения давления прессования.

10.6. Отчет о выполнении лабораторной работы

Отчет должен содержать цель работы, описание выполненных экспериментов с учетом индивидуального задания, описание сущности процесса изостатического прессования в эластичных оболочках; методику определения свойств прессовок; таблицы и графики по результатам эксперимента; анализ полученных результатов.

Библиографический список

Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порош-

ковой металлургии. М.: МИСиС, 2001. Т. 2. 319 с.

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. Какие требования предъявляются к эластичным оболочкам?

2. Какие изделия целесообразно получать изостатическим фор-

мованием в эластичных оболочках?

3. Каковы преимущества и недостатки изостатического формования в эластичных оболочках в сравнении со стальной прессформой?

4. Каковы принципы формования в эластичных оболочках?

5. Назовите варианты изостатического формования.

К защите работы

1. Объясните причину нелинейного характера зависимости «lgP – lgθ» при высоких значениях давления формования?

2. В чем заключаются различия в прессуемости металлических порошков и твердосплавных смесей?

3. Объясните характер изменения плотности брикетов разных по составу твердосплавных смесей после прессования в эластичной оболочке.

4. Объясните, как влияет размер зерна карбидной составляющей в смеси на прессуемость в эластичной оболочке.

5. Объясните причину более высокой плотности и равноплотности брикетов при формовании в эластичной оболочке в сравнении с прессованием в стальной пресс-форме.

Лабораторная работа 11

СПЕКАНИЕ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ БРИКЕТОВ

В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

СВОЙСТВ СПЕЧЕННЫХ ЗАГОТОВОК

(4 часа)

11.1. Цель работы

Приобретение навыков жидкофазного изотермического спека-

ния на примере твердых сплавов.

11.2 Теоретическое введение

Спекание твердых сплавов является наиболее ярким примером процесса спекания в присутствии жидкой фазы эвтектического состава, присутствующей до конца спекания.

Прессовка из твердого сплава после твердофазного спекания представляет собой капиллярную систему, для которой краевой угол смачивания карбидной составляющей жидкой фазы меньше 90°. Появление жидкой фазы приводит к уплотнению в результате перегруппировки частиц в положение, соответствующее наиболее плотной упаковке, и их стягивания силами поверхностного натяжения. Протекание процесса спекания определяется как величиной краевого угла смачивания, так и растворимостью карбида в жидкой фазе, от чего зависит и количество образующейся жидкой фазы при температуре спекания. Все протекающие процессы приводят к получению практически безпористого брикета.

С появлением жидкой фазы происходит рост и изменение формы карбидных кристаллов. Рост карбидных кристаллов в присутствии жидкой фазы обусловлен уменьшением межфазной энергии «карбид – расплав». Изменение формы в первую очередь связано с анизотропией поверхностной энергии различных кристаллографических направлений WC – это приводит к деформированию так называемой призматической огранки карбидных зерен в процессе спекания.

Полное уплотнение твердосплавных образцов наблюдается через 1…4 мин после появления жидкой фазы. При дальнейшей выдержке происходит формирование структуры сплава (скелетное строение).

В зависимости от состава твердые сплавы спекают при температурах от 1340 до 1550 °С, достаточных для появления жидкой фазы на основе кобальта (твердый раствор карбида в кобальте). Температура плавления твердого раствора за счет растворения карбидов в кобальте (850…900 °С) существенно ниже, чем для чистого кобальта (см. диаграмму WC –Co).

11.3. Оборудование и методика

Спекание твердых сплавов проводят в вакуумных печах или угольно-трубчатых печах сопротивления в токе осушенного водорода.

Применяют стандартные вакуумные печи СШВЛ, СНОЛ, BЭ-3-16, ТВ-5 и др. Предварительно спрессованные и отожжённые при 900…1100 °С образцы из твердосплавной смеси помещают в рабочую зону печи, вакуумируют до 1,33 · 10–3 ГПа (10–3 мм рт. ст.) и включают нагрев печи. Режим спекания определяется составом сплава. Подробная конструкция печей и методика проведения спекания описаны в [1, 2].

11.4. Порядок проведения работы и указания по технике безопасности

По указанию преподавателя каждый студент получает свою марку твердосплавной смеси и режимы спекания: температура, время выдержки в горячей зоне.

Рассчитывают количество шихты, необходимое для изготовления девяти прессовок диаметром 10...16 мм и высотой 4...7 мм. Каждую навеску засыпают в пресс-форму и проводят прессование при значениях давления от 100 до 300 МПа (1...3 т/см2) (по три образца). Измеряют геометрические параметры прессовки, её массу, вычисляют объем и относительную плотность.

Шесть образцов (по два при каждом давлении прессования) загружают в лодочку с засыпкой и медленно продвигают в горячую зону угольно-трубчатой печи в противотоке водорода, в которой выдерживают 40 мин при температуре 900…1000 °С. Три из шести прессовок помещают в горячую зону с температурой спекания 1380…1500 °С (в зависимости от марки твердого сплава), выдерживают 40 мин. Затем лодочки проталкивают в холодильник печи, где охлаждают 20 мин.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 146 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]