Лабораторная работа №8 влияние давления прессования и физико-химических свойств ферритовых пресс-порошков на механическую прочность пресс-заготовок
1. Цель работы
Научить методам экспериментального исследования свойств ферритовых пресс-порошков и целенаправленному выбору метода контроля их качества.
2. Теоретическое введение
Для формования изделий из ферритовых порошков наибольшее распространение получил метод прессования гранулированных порошков или пресс-порошков в пресс-формах благодаря высокой производительности метода и малой себестоимости изготавливаемых заготовок. Важнейшим параметром сырой заготовки является механическая прочность, поскольку низкая механическая прочность приводит к разрушению заготовки в процессе прессования, укладки и транспортировки. Решение задачи получения ферритовых заготовок с заданными механическими свойствами во многом зависит от физико-химических свойств пресс-порошков. Свойства пресс-порошков влияют также на структуру сырой заготовки, которая формируется при прессовании. Эта структура во многом сохраняется неизменной в процессе спекания, определяя уровень свойств конечных изделий.
Реологические свойства формовочных масс со связкой существенно отличаются от реологических свойств порошков. В частности, ферритовые пресс-порошки обладают новым свойством – пластичностью, которая отсутствует у порошков. Влияние давления прессования на механическую прочность заготовок связано с особенностями изменения их структуры (рис.9.1). При небольших давлениях прессования заготовки практически не формируются из-за отсутствия пластической деформации гранул и сцепления между ними. Пластическая деформация гранул при более высоких давлениях прессования приводит к формированию заготовок, обладающих определенной механической прочностью. Причем с увлажнением пресс-порошков пластическая деформация гранул начинается при меньших давлениях прессования.
Линейная связь между давлением прессования и прочностью заготовок на этом участке обусловлена пропорциональной связью между прочностью сцепления гранул и давлением прессования. С достижением максимального значения контактной поверхности гранул и, следовательно, исчезновением межгранульных пор при высоких давлениях прессования прочность заготовок повышается незначительно с увеличением давления, что объясняется увеличением среднего координационного числа между частицами феррита вследствие уплотнения заготовки. Избыточное давление прессования часто приводит к появлению расслоений и трещин в заготовках, снижая их механическую прочность.
По величине давления прессования, соответствующего выходу на насыщение механической прочности заготовок, можно оценить величину предела текучести гранул.
Рис.9.1. Зависимость прочности заготовок на разрыв из пресс-порошков Ni-Znферрита со средним размером частиц 3 мкм от давления прессования и влажности пресс-порошка: 1 – 0% масс.; 2 – 1 % масс.; 3 – 3) % масс.
С увеличением количества связки в пресс-порошке возрастает адгезионная прочность контактов между частицами феррита с постепенным выходом на насыщение (рис.9.2). Предельная концентрация связки, при которой достигается насыщение прочности заготовок, зависит от дисперсности частиц феррита. Возрастание дисперсности приводит к увеличению поверхности частиц, на которую адсорбируется связка, что объясняет увеличение предельной концентрации связки, при которой достигается насыщение прочности (рис.9.2).
Число межчастичных контактов в единице объема дисперсного тела зависит от геометрии и размеров частиц. В первом приближении число межчастичных контактов в единице объема обратно пропорционально среднему размеру частиц. Увеличение прочности заготовок в результате увеличения дисперсности порошка объясняется увеличением числа межчастичных контактов в единице объема заготовки (рис.9.2). С другой стороны, увеличение дисперсности повышает величину внутреннего трения в гранулах, повышая их предел текучести.
В технологии ферритов для повышения уровня свойств часто используется дозированное введение небольшого количества исходного компонента в синтезированную шихту (двухстадийный синтез). Компонент, используемый для дошихтовки, обычно имеет высокую дисперсность (размер частиц, как правило, менее 1 мкм). Поэтому изготовление двухстадийного синтеза позволяет повышать как механическую прочность заготовок, так и величину предела текучести гранул.
Рис.9.2. Зависимость прочности заготовок на разрыв из пресс-порошков Mn-Znферрита, полученных прессованием под давлением 200 МПа, от количества ПВС и среднего размера частиц:1 - 5,3 мкм; 2 – 3,2 мкм; 3 – 1,3 мкм (влажность – 1 % масс).