Газостатичне пресування

Як було відмічено, один з варіантів ізостатичного пресування - гаряче ізостатичне пресування (ГІЛ), яке іноді ще називають газостатичним пресуванням. Схема такого пресування показана на рис.44. Суть методу полягає у тому, що порошок в оболонці або у вигляді заготівки (пресовки) з відносною щільністю 80% і більше розміщують в камері високого тиску, де створюють тиск газу 200 МПа і температуру від 500 до 2200 °С. Ущільнення порошків методом ГІП найчастіше застосовують при отриманні заготівок або виробів з формою, близькою до кінцевої з порошків жароміцних, інструментальних сплавів, а також титану. В цьому випадку вихідний порошок поміщається в металеву оболонку (найчастіше з вуглецевої або нержавійної сталі), яку дегазують вакуумуванням і герметизують. Підготовлену таким чином оболонку з порошком піддають ущільненню ГІП при тиску 100…200 МПа і температурі до 1260 0С. Одержувані вироби мають практично 100% густину не маючи фазової сегрегації, а також володіють підвищеними механічними властивостями.

1 - підйомник затвора; 2 - пекти; 3 - система індукційної конвекції; 4 - охолоджуваний кожух; 5 - система примусової конвекції; 6 - система газозабезпечення; 7 - система вакуумування; 8 - система електропостачання

Рисунок 44 - Схема установки для гарячого ізостатичного (газостатичного) пресування

Після ГІП оболонку видаляють хімічним травленням або токарною обробкою.В основі процесу ущільнення при ГІП лежить пластичний перебіг матеріалу під дією сил поверхневого натягнення і сил, прикладених ззовні (тиск газу).

4. Дія механізмів поверхневої дифузії та перенесення через газову фазу при спіканні порошкових виробів

При високих температурах спікання основну роль грає об'ємна самодифузія. Однак при більш низьких температурах і нерівноважному стані приповерхневого шару значно зростає роль поверхневої самодифузії.

Я.Е. Гегузін відносну роль поверхневої самодифузії характеризує безрозмірним критерієм:

де: D_S - коефіцієнт поверхневої самодифузії;

D_O - коефіцієнт об'ємної самодифузії;

l - характеристичний лінійний розмір.

Для випадку припікання часток l = ρ

ρ - радіус кривизни приконтактної області.

Коефіцієнт об'ємної самодифузії залежить від температури значно сильніше, ніж D_S, тому роль поверхневої самодифузії тим більше, чим нижче температура і менше ρ, тобто на самих ранніх стадіях спікання.

Відносна роль переносу через газову фазу характеризується критерієм:

де: Ро - пружність пари;

D_Г - коефіцієнт дифузії атомів металу в газовій фазі.

Якщо γ і γ' більше одиниці, роль поверхневої самодифузії чи переносу через газову фазу стає визначальною.

Для того, щоб інтенсифікувати поверхневий перенос речовини при спіканні, необхідно підвищити ефективні значення коефіцієнта поверхневої самодифузії і пружність парів металу. Це може бути досягнуто або завдяки циклічної гетерогенної реакції (окислювання - відновлення), або введенням активного газового реагенту, що утворить з металом летучі речовини (галогеніди). У першому випадку на поверхні створюється шар металу з нерівноважною спотвореною кристалічною решіткою.

Відомо, що поверхнева самодифузія здійснюється не тільки чисто поверхневою міграцією атомів, а для реальних кристалів включає дифузію в тонкому спотвореному приповерхневому шарі. Якщо для майже рівноважних об'єктів товщина цього шару оцінюється в декілька міжатомних відстаней ( ~ 10-7 см), то циклічне окислювання–відновлення може збільшити товщину розпушеного шару до ~ 10-5 см і більше.

Таким чином, ефективний потік поверхневої дифузії буде збільшений на 2-3 порядки, що сильно інтенсифікує процес утворення і росту міжчасткових металевих контактів, сферидизацію пор і інші позитивні, з погляду одержання високих кінцевих властивостей, процеси.

При введенні в газове середовище спікання галогенидів утворюються летючі сполуки галогенів з металом, що спікається. Пружність пари утворених галогенидів відіграє роль рівноважної пружності пари металу, тому що газова фаза знаходиться в стані динамичної рівноваги з твердою фазою, тому процеси переносу через газову фазу сильно активуються.

Активація процесів поверхневого переносу речовини мало впливає на швидкість об'ємної деформації часток і тому практично не інтенсифікує процеси ущільнення, а тільки прискорює початок їхнього проходження.