Влияние некоторых технологических параметров на свойства спеченных тел.

Свойства исходных порошков - величина частиц, их форма, состояние поверхности, тип оки­слов и степень совершенства кристаллического строения - определяют скорость изменения плотности и свойства спрессованных изделий. При одинаковой плотности спеченных изделий механические и электрические свойства тем выше, чем меньше были частицы порошка, ше­роховатость поверхности частиц. Дефекты кристаллического строения способствуют усилению диффузии, увеличению плотности и прочности изделия. Структура изделии спеченных из то-коизмельченных порошков отличается наличием большого числа крупных зерен, образовав­шихся в результате рекристаллизации при спекании. Увеличение давления прессования при­водит к уменьшению усадки (объемной и линейной), повышению всех показателей прочности сопротивлению разрыву и сжатию, твердости. С повышением температуры плотность и прочность спеченных изделий в общем возрастает тем быстрее, чем ниже было давление прессования. Обычно температура спекания составляет 0,7...0,9 температуры плавления наибо­лее легкоплавкого материала, входящего в состав шихты (смеси порошков). Выдержка при постоянной температуре вызывает сначала резкий, а затем более медленный рост плотно­сти, прочности и других свойств спеченного изделия. Наибольшая прочность достигается за сравнительно короткое время и затем почти не увеличивается. Время выдержки для различ­ных материалов длится от 30...45 минут до 2...3 часов. Атмосфера спекания влияет на показате­ли качества. Плотность изделий выше при спекании в восстановительной среде, чем при спе­кании в нейтральной. Очень полно и быстро проходит спекание в вакууме, которое по сравне­ния со спеканием в нейтральной среде обычно начинается при более низких температурах и дает повышенную плотность изделия.

Горячее прессование это процесс одновременно прессования и спекания порошков при температуре 0.5...0.8 температуры плавления (Тпл) основного компонента шихты. Это позво­ляет использовать увеличение текучести шихты при повышенных температурах с целью полу­чения малопористых изделий. В этом случае силы давления формования суммируются с внут­ренними физическими силами приводящими к уплотнению. Наиболее существенными ре­зультатами горячего прессования являются максимально быстрое уплотнение и получение изделия с минимальной пористостью при сравнительно малых давлениях. Изделия после го­рячего прессования обладают более высоким пределом текучести, большим удлинением, по­вышенной твердостью, лучшей электропроводностью и более точными размерами, чем изделия полученные путем последовательного прессования порядка и спекания. Горячее прессование нагретого порошка или заготовки выполняют в прессформе. Нагрев осуществляют обычно электрическим током (рис. 11).

Рис. 12 Схема двухстороннего горячего прессования в прессформах: а - косвенный нагрев, б - прямой нагрев при подводе тока к пуансону, в - прямой нагрев при подводе тока к матрице, г - индукционный нагрев ТВЧ графитовой прсссформы;

1 – нагреватель, 2 – порошек, 3 – изделие, 4 - матрица, 5 и 6 – пуансоны, 7 – изоляция, 8 - графитовый контакт, 9 - графитовый пуансон, 10 - графитовая матрица, 11 - керамическая прокладка, 12 – индуктор, 13 - керамиче­ская матрица.

До приложения давления к порошку прессформа с порошком или порошок могут быть нагреты и другим способом, материалом для изготовления прессформ служат жаропрочные стали (при температурах до 1000°С) графит, силицированный графит, имеющий повышен­ную механическую прочность. В настоящее время расширяется применение прессформ из тугоплавких окислов, силикатов и других химических соединений. Для предупреждения взаи­модействия прессуемого материала с материалом прессформы внутреннюю поверхность ее покрывают каким- либо инертным составом (жидкое стекло, эмаль, нитрид бора) или метал­лической фольгой. Кроме того, для предупреждения окисления прессуемого изделия применя­ют защитные среды (восстановительные или инертные) или вакуумирование. Горячее прессование выполняют на специальных гидравлических прессах, имеющих устройства для регулиро­вания температуры при прессовании.

Жидкофазное спекание. При жидкофазном спекании в случае смачивания жидкой фа­зой твердой фазы увеличивается сцепление твердых частичек, а при плохой смачиваемости жидкая фаза тормозит процесс спекания, препятствуя уплотнению. Смачивающая жидкая фаза приводит к увеличению скорости диффузии компонентов и облегчает перемещение частиц твердой фазы. При жидкофазном спекании можно получить практически беспористые изделия. Различают спекание с жидкой фазой, присутствующей до конца процесса спекания, и спека­ние с жидкой фазой, исчезающей вскоре после ее появления, когда конечный период спекания происходит в твердой фазе.

Дополнительные операции

Пропитка жидкими металлами. При изготовлении электроконтактных и некоторых конструкционных материалов широко применяют пропитку спрессованного и затем спеченно­го пористого каркаса из более тугоплавкого материала жидкой металлической составляющей композиции. При этом жидкий металл или сплав заполняет сообщающиеся поры заготовки из тугоплавкого компонента. Существует два варианта пропитки. По первому варианту на порис­тый каркас помещают пропитывающий металл в виде кусочка с объемом равным объему пор каркаса и нагревают в печи до температуры плавления пропитывающего материала. При этом расплав впитывается порами тугоплавкого каркаса. По второму способу пористый каркас по­мещают в расплав пропитывающего металла или в зацепку из порошка пропитывающего ме­талла. Впитывание протекает под действием капиллярных сил. Скорость пропитки составляет десятые доли миллиметра в секунду и увеличивается с повышением температуры. Температура пропитки обычно на 100...150°С превышает температуру плавления пропитывающего металла. Однако эта температура не должна превышать температуру плавления металла каркаса. Для улучшения смачиваемости к пропитывающему металлу добавляют различные присадки.

Дополнительные технологические операции используют для достижения чистоты по­верхности и точности (механическая обработка, калибровка), для получения физических и ме­ханических свойств - химико-термическая обработка и различные пропитки.

Механическая обработка имеет особенности, вызванные пористостью материала. Режу­щий инструмент испытывает микроудары, приводящие его к быстрому затуплению. Для обра­ботки применяют твердые сплавы; для получения высокой чистоты поверхности применяют алмазный инструмент.

Пропитка изделий маслом (машинным или веретенным) при температуре 110...120°С происходит в течение 1 часа. Масло заполняет поры изделий и в процессе работы поступает по капиллярам к поверхности трения. Это в ряде случаев позволяет избавиться от смазки изделий в процессе работы и улучшает условия трущейся пары.

Химико-термическая обработка позволяет улучшить механические свойства изделий, расширить область применения.

Нитроцементация - увеличивает износостойкость деталей: коррозионная стойкость уве­личивается по сравнению со спеченными в 6- 8 раз: износостойкость в 30 раз при содержании азота до 1 %

Диффузионное хромирование - увеличивает износо- и коррозионную стойкость в не­сколько раз.

Гальванические покрытия имеют особенность, вызванную наличием пор. Для предот­вращения проникновения электролита в поры необходимо их заполнение. Этого достигают за счет тщательной шлифовки и полировки - образуется уплотненный наружный слой с малой пористостью.

Калибрование применяют для получения размеров 6-11 квалитета точности и Ra=1.25-0.32 мкм. Калибруют как по одному (наружному или внутреннему диаметру), так и по не­скольким параметрам. Нужно иметь ввиду, что минимальный припуск необходимо брать впределах 0,05-0,07 мм. Детали, имеющие в структуре цементит, необходимо перед калибров­кой отжигать.