Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Часть 9. Порошковая металлургия

 

Часть 9. Порошковая металлургия

 

9.1 Введение

Порошковой металлургией называют область науки и тех­ники, охватывающую производство металлических по­рошков1, а также изделий из них или их смесей с неме­таллическими порошками.

1 Металлический порошок — совокупность частиц металла, спла­ва или металлоподобного соединения размерами до миллиметра, на­ходящихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

Особенностями порошковой металлургии является получение твердых вещест­в в порошкообразном состоянии, формование изделия, нагрев (спекания) заготовок из порошков при тем­пературе ниже точки плавления соответствующего метал­ла (сплава) или, в случае смеси разнородных порошков, ниже температуры плавления наименее тугоплавкого компо­нента основы.

Порошковая металлургия сочетает основы металлургии, материаловедения и металлообработки и в тоже время занимает свое особое место, так как позволяет не только производить изделия (называемые порошковыми) различных форм и назначе­ний, но и создавать принципиально новые материалы, по­лучить которые иным путем крайне трудно или вообще невозможно.

Порошковая металлургия является древнейшим способом производства металлов и изделий из них. Порошки золота, меди и бронзы применяли как краски и использовали для декоративных целей в кера­мике и живописи, а также для украшения лица во все известные нам времена. Некоторые древнейшие ману­cкрипты (рукописи) были раскрашены золотом. Найденные при раскопках многие из орудий египтян изготовле­ны из железа и относятся к 3000 г. до н.э., а знаменитый памятник Индии колонна в г. Дели выполнена из очень чистого железа, весит около 6,5 т, имеет высоту 7,3 м при диаметре у основания 0,42 м и относится к 415 г. Но ведь известно, что до начала XIX века не было способов получения температур достаточно высоких, чтобы расплавить чистое железо и воспользоваться методами литья изделий из него. Указанные предметы из железа были изготовлены так называемым кричным методом. Сначала в горнах при температуре ~1000°С восстанов­лением окисленной железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, заключая процесс нагревом изде­лия в горне (для уменьшения пористости).

 

С появлением доменного передела от проковки крицы отказались и о порошковой металлургии временно забы­ли примерно на 400 лет.



Возрождение приемов обработки металлов и объединения их в особый технологический ме­тод - порошковую металлургию - принадлежит рус­скому ученому Петру Григорьевичу Соболевскому (1782 -1841 гг.), которому в работе помогал химик Василий Васильевич Любарский (1795 -1854 гг.). В 1826 -1827 гг. была разработана технология изделий из платинового порошка (монеты, тигли и др.).

Развитие печной техники, сделавшее возможным до­стижение высоких температур, привело к освоению про­изводства платиновых изделий литьем, в связи с чем к середине прошлого века о порошковой металлургии сно­ва забыли и вспомнили лишь через 50 лет, когда бурное развитие электротехники потребовало материалов (таких как проволока из тугоплавких металлов, медно-графитовые щетки и т.п.), которые нельзя было изготовить обыч­ными, известными в то время методами. Затем появились разнообразные изделия из порошков: самосмазывающие­ся подшипники, твердые сплавы для обработки высоко­прочных новых материалов, магнитные материалы и т.д. Сейчас трудно назвать область современной техники где бы не применялись методы порошковой металлур­гии для изготовления изделий или сами порошковые из­делия.

Типовая технологическая схема производства загото­вок и изделий методом порошковой металлургии включа­ет четыре основные операции:

Загрузка...

получение порошка ис­ходного материала,

формование заготовки из него и

спе­кание ее,

окончательную обработку (регулирование структуры, калибрование, механическую и химико-тер­мическую обработки).

Совокупность основных технологических операций позволяет решать с помощью порошковой металлургии важнейшие задачи, определяющие генеральное на­правление ее развитая:


1) изготовление материалов и изделий с особыми соста­вами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и изделия пористые (ан­тифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), электро­технические (электроконтактные, магнитные и др.), вы­сокотемпературные (тугоплавкие металлы, дисперсноупрочненные, волоконные и др.), инструментальные (твердые сплавы, сверхтвердые материалы и др.) и пр.

2) изготовление материалов и изделий с обычными со­ставами, структурами и свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях их произ­водства.

3) методами порошковой металлургии можно получать сплавы из металлов, не растворяющихся друг в друге при расплавлении, а также сплавы из тугоплавких металлов и металлов особо высокой чистоты; как заготовки, так и разнообразные детали точных размеров;

4) пористые материалы и детали из них, а также детали, состоящие из двух (биметаллы) или нескольких слоев различных металлов и сплавов; материалы и детали, обладаю­щие высокой жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, с заданными стабильными магнит­ными свойствами, особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья или обработкой давлением.

Например, для изготовления одной из деталей совре­менного реактивного двигателя, имеющей массу 0,45 кг, требуется 8,6 кг литого металла, тогда как при изготов­лении ее из порошка необходимо только 2,95 кг.

Однако несмотря на большие успехи в науке и технологии производства порошковых материалов и изделий масштабы производства все еще не сопоставимы с традиционными методами и порошковая металлургия испытывает трудно­сти, связанных с достижением узких размерных допус­ков и изготовлением изделий очень сложных геометри­ческих форм.

9.2. Основные свойства порошковых материалов.

Производство порошка - первая технологическая опе­рация метода порошковой металлургии.

Существующие способы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет широко варьировать их свойства. Это, в свою очередь, делает возможным придание изделиям из по­рошка требуемых физических, механических и других специальных свойств. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет его качество и себестоимость.

Химический состав порошков определяется содержанием примесей, газов и содержат не менее 98 – 99 % основного компонента.

Способов получения порошков условно подразделяют на физико-химические и механические.

К физико-химическим методам относят технологичес­кие процессы производства порошков, связанные с глу­бокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическо­му составу существенно отличается от исходного матери­ала. Основными являются методы восстановления, электролиз и термическая диссоциация карбонильных соеди­нений.

Механические методы обеспечивают превращение ис­ходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава.

В табл. 1 приведены некоторые сведения о наиболее распространенных методах производства металлических порошков.

 

Таблица 1. Основные методы производства металлических порошков

 

Методы получения порошков

Характеристика метода

Получаемые порошки

Физико-химические

Химическое восстановление:

оксидов и других твердых соединений металлов

Один из наиболее распространенных и экономичных способов. Восстановителями служат газы (водород, конвертированный природный газ и др.), твердый углерод

(кокс, сажа и др.) и метал­лы (натрий, кальций и др.) Исходным сырьем являются окисленные руды, концент­раты, отходы и побочные продукты металлургическо­го производства (например, прокатная окалина), а так­же различные химические соединения металлов.

Железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и

другие металлы и их сплавы

растворов различных

соединений металлов

Один из самых экономичных способов, позволяющий получать высококачественные металлические порошки. Вос­становитель - водород или диоксид углерода. Исходное сырье - сернокислые или аммиачные растворы солей соответствующих металлов.

Медь, никель, кобальт, серебро, золото

газообразных

соединений

различных

металлов

Газообразные соединения

восстанавливают водородом в реакторе кипящего слоя

или в плазме.

Вольфрам, молибден, никель

Электролиз водных

растворов или

расплавленных солей

различных металлов

На катоде под действием

электрического тока осаждают из водных растворов или расплавов солей чистые порошки практически любых металлов. Стоимость порошков высока из-за больших затрат электроэнергии и сравнительно низкой производительности электролизеров.

Медь, никель,

свинец, железо, серебро, цинк - из водных растворов;

тантал, ниобий, железо, торий, уран, цирконий, бериллий, титан - из расплавленных

сред

Диссоциация

карбонилов

Разлагают нагреванием соединение металла с СО типа Меа(СО)с. Применяют в промышленности для производ­ства высококачественных дисперсных порошков высо­кой стоимости

Железо, никель, кобальт, хром, молибден, вольфрам,

Марганец

Термодиффузионное насыщение

Чередующиеся слои или

смесь порошков разнородных металлов нагревают до температуры, обеспечиваю­щей их активное взаимодей­ствие.

Латунь, сплавы на основе хрома, высоколегирован-ные стали

Возгонка и конденсация

Для получения порошка металл испаряют и конденсируют пары на холодной поверхности. Порошок содержит большое количество ок­сидов и является тонкодис­персным.

Цинк, магний, кад

мий и другие

мталлы с невысокой

температурой испарения

Межкристаллитная коррозия

В компактном (литом) материале при помощи химического травителя разруша­ют межкристаллитные про­слойки.

Коррозионностой-

кие и хромоникелевые стали

Электроэрозионный

Порошок получают распылением металла с конца электрода в слое электро­изолирующего материала.

Механические

Любые металлы и сплавы

Дробление и размол

Измельчение стружки, обрезков компактных материалом проводят в шаровых, вихревых и молотковых мельницах, к. п. д. которых сравнительно невелик

Железо, медь, марганец, латунь,

бронза, хром, алю

миний и стали

Распыление

Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (вращающимися лопастями, под дей-

ствием центробежных сил и др.) или воздействием струи энергоносителя (газа или жидкости)

Алюминий, свинец, цинк, олово, никель, бронза, латунь, медь, чугун,

железо, сталь

Грануляция

Порошок образуется при литье расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные порошки.

Железо, медь,

серебро, свинец,

олово, цинк

Обработка металлов резанием

При станочной обработке

компактных (литых) метал-

лов подбирают такой режим резания, который обеспечи­вает образование частиц, а не стружки.

Сталь, латунь,

бронза, малокрем

нистый чугун


 

При механических методах порош­ки получают измельчением твердых материалов или распылением жидких металлов без изменения их химического состава. Для измельчения твер­дых хрупких материалов применяют шаровые, вихревые и вибрационные мельницы. Измельче­ние обрабатываемого материала производят ударным и истирающим действием шаров (стальных или чугунных).

При получении порошков физико - механическими методами происходят изменения химического состава и свойств исходного мате­риала. Основными физико-химическими метода­ми являются химическое восстановление метал­лов из окислов, электролиз расплавленных со­лей, карбонильный метод и метод гидрогениза­ции.

Порошки, полученные физико-химическими методами, являются наиболее тонкодисперсными и чистыми. В зависимости от размера частиц по­рошки классифицируют по гранулометрическому составу на ультратонкие до 0,5 мкм, очень тонкие 0,5 - 10 мкм, тонкие 10 - 40 мкм, средней тонкости 40 - 150 мкм и крупные 150 - 500 мкм.

Характеристиками основных технологических свойств порошков являются насыпная масса, те­кучесть, прессуемость и спекаемость.

Насыпная масса - масса 1 см3 сво­бодно насыпанного порошка в граммах. Если порошок имеет постоянную насыпную массу, то при спекании будет обеспечиваться постоянная усадка. Один и тот же порошок может иметь различную насыпную массу в зависимости от способа получения. Для изготовления высокопо­ристых изделий следует использовать порошки с малой насыпной массой, а для разнообразных деталей приборов и машин - с большой насып­ной массой.

Текучесть - способность порошка запол­нять форму. Она характеризуется скоростью прохождения порошка через отверстие определенного диаметра. С уменьшением размера ча­стиц порошка его текучесть ухудшается. Теку­честь в большей степени влияет на равномерность заполнения формы порошком и на скорость уплотнения при прессовании.

Прессуемость - способность порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и характеризуется прочностью сцепления частиц порошка после прессования. На прессуемость оказывают влияние пластичность материала, размер и форма частиц порошка. С введением в состав порошков поверхностно-активных веществ прессуемость их повышается.

Под спекаемостьюпонимают прочность сцепления частиц, возникающую в результате термической обработки прессованных заготовок.

 

 

Методы порошковой металлургии рассмотрим на основе получения изделий из порошков вольфрама и молибдена

 

9.3. Получение вольфрамовых и молибденовых изделий из порошков.

Металлы вольфрам, молибден и рении имеют высокие температуры плавления: вольфрам(W) -3395+15°С,молибден ( Мо ) - 2620 + 10° С, рений (Re) -3180+ 20° С. Поэтому и по ряду других причин получать их непосредственно из руд и чистых химических соединений методами, например, восстановительной плавки затруднительно. В промышленности вначале получают их порошки, а затем и изделия (проволоку, листы, фольгу, трубки и т.д.).

Исходными химическими соединениями для получения металлов могут быть:

оксиды (W03, MoO3, Re207),

галогениды (WF6, MoF6, WC16, MoCl5)

карбонилы (Мо (СО)6).

В практике более 90 % металлов получают из оксидных соединений.

К способам получения металлов относятся:

1. Восстановление триоксидов вольфрама и молибдена водородом и углеродом;

2. Восстановление галогенидов (фторидов, хлоридов) водородом;

3 . Металлотермическое восстановление оксидов;

4 . Термическая диссоциация карбонилов вольфрама и молибдена,

дисульфида молибдена (Мо (СО)6 ↔ Mo + 6CO:

5. Электролитическое получение металлов в расплавах солей.

Наиболее распространенным методом получение металла, карбидов и сплавов является восстановление триооксида вольфрама или молибдена водородом.

Только на отдельных предприятиях применяют восстановление углеродом и то для получения карбидов вольфрама и молибдена. На многих заводах для получения карбидов применяют на первой стадии водородное восстановление оксидов, затем синтезируют карбиды из смесей металла и углерода.

 

Порошок вольфрама получают из вольфрамового ангидрида (WO3):

WO3 + 3 H2 = W + 3 H2O

в интервале температур 500 – 975 0С.

К порошкам вольфрама, предназначенным для производства ковкого металла методом порошковой металлургии, предъявляются определенные требования в отношении их грануломерического (крупности) состава: средним размером 2 – 3 мкм. Особенно это важно при получении непровисающей вольфрамовой проволоки.

На рис.1 показан внешний вид частиц вольфрамо­вого порошка

 

 

Рис. 1. Внешний вид частиц вольфрамового порошка. Снято на растровом

элек­тронном микроскопе: х 3000 (при печати уменьшено на 9/10)

При восстановлении происходит уменьшение размера частицы. Плотность исходного порошка WO3 - 7,5 г/ см3. При восстановлении до металла плотность увеличивается, например, вольфрама до 19,3 г/ см3; что приводит к уменьшению размера частицы

Однако на практике нет однозначной связи между размером частиц WO3 и порошка вольфрама.

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом проводят в трубных или муфельных электропечах с механизированной продвижкой лодочек с исходным материалом через нагревательную камеру печи. Регулирование температуры в печи автоматическое по двум-трем тепловым зонам.

В многотрубных печах, рис. 2, с 7, 9, 11 или 13 трубами диамет­ром 50 - 75 мм и длиной 5-7 м из стали Х25Т, располо­женых в два ряда. В кожухе печи под трубами и над ними находится фасонная огнеупорная керамика, в пазах которой расположены спиральные нагреватели из нихромовой проволоки. В загрузочном конце печи на специаль­ном столе смонтирован механический толкатель, состоя­щий из коробки скоростей, винта, каретки и электродвига­теля. Скорость продвижки лодочек с восстанавливаемым материалом можно менять в пределах 5 - 30 мм/мин. Производительность таких печей по порошку W колеб­лется в зависимости от принятого технологического ре жима, диаметра и числа труб от 3 - 4 до 10 - 11 кг/ч ­

 

 

.


 

Рис. 2. Одинадцатитрубная печь для восстановления вольфрамового ангидрида водородом: 1 – рабочие трубы; 2 – нагреватели; 3-толкатели; 4 – труба для подачи водорода; 5 – вывод водорода

 

На разгрузочной стороне каждой печи расположены холодильники (по числу труб или муфелей) для охлаж­дения лодочек с полученным порошком. Водород в печь поступает со стороны разгрузки (противоток) или со стороны загрузки лодочек (прямоток).

Смешиваниеэто приготовление однородной механи­ческой смеси из металлических порошков различного хи­мического и гранулометрического состава или смеси ме­таллических порошков с неметаллическими.

Важной задачей является обеспечение од­нородности смеси.

Наиболее распространенным является механическое смешивание компонентов в шаровых мельницах.

Формование - технологическая операция, в результа­те которой металлический порошок приобретает определенную форму,раз­меры и плотность.

Задача прессования заключается в придании порошкообразному телу определенной прочности в соответствии с заданной форме.

Прессова­ние порошков в холодном состоянии осуществляют в матрицах пресс–формы, гидростатическом и мундштучном прессовании; прокаткой и другими способами.

Для производства проволоки и листов небольшого размера вольфра­мовые и молибденовые порошки прессуют в штабики в стальных разъемных прессформах квадратного сечения (от 10* 10 до 40* 40 мм), длинной 500-600 мм (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Пресс-форма для прессо­вания штабиков вольфрама и молиб­дена из порошков: 1- боковые пластины (щеки); 2 -торцевые вкладыши; 3 - пуансон; 4 - соединительные штифты ("шпильки"); 5 - нижняя подкладка

 

Частицы порошков вольфрама и молибдена почти не поддаются пластической деформации на холоду. Для уменьшения трения внешнего (со стенками прессформы) и между частицами и достижения равномерной плотности заготовки перед прессованием к порошку добавляют жидкую смазку, например, рас­твор глицерина и спирте (1,5:1). Смазка при прессовании выдавливается к стенкам пресс-формы и, смазывая их, уменьшает трение частиц порошка о стенки. При последующем спекании смазка испаряется.

Вольфрамовые штабики получают с плотностью 12 - 13 г/ см3 , что соответствует пористости 30 - 40 %.

Гидростатическое прессование применяют для получения металлокерамических заготовок простой формы и неточных размеров, а также для формирования крупных заготовок однородной плотности массой 100 - 300 кг и пористостью 30 - 35 %.


Металлический порошок, заключенный в эластичную резиновую или металлическую оболочку, рис.5, подвергают всестороннему обжатию жидкостью, подаваемой под давлением в рабочую камеру, рис. 6.

 

 

Рис. 5. Схематический разрез пресс-формы для гидростатического

прессования цилиндрической заготовки: а - заполненная пресс-форма; б -

форма после прессования; 1- резиновая крышка ("берет"); 2 –

резиновые манжеты; 3 - резиновая оболочка; 4 - пробка; металлическая

обойма; 6 - прессуемый порошок; 7 – штуцер

 

 

 

Рис. 6. Схема аппарата для гид­ростатического прессования: 1 - насос высокого давления; 2 -камера высокого давления; 3 -прессуемая заготовка в эластичной оболочке; 4 - вентиль для спуска давления; 5 - затвор; 6 - мано­метр

 

При гидростатическом прессовании нет тре­ния порошка о стенки пресс-формы, что обеспечивает равно­мерную плотность спрессованной заготовки. Гидростатичес­ким прессованием формуют заготовки цилиндрической или прямоугольной формы, а также трубки и изделия более сложной формы.

К недостаткам гидростатиче­ского формования относят: трудности выдерживания разме­ров получаемых заготовок близ­кими к заданным и необходи­мость применения механической обработки при изготовлении из­делий точных форм и размеров, а также небольшую производитель­ность процесса.

Мундштучное прессование применяют для полу­чения металлокерамических изделий с большим от­ношением длины к диаметру (рис. 7). При мундштучном прессовании в шихту добавляют пла­стификатор (парафина). Форма изделия соответствует размеру матрицы и может быть любой сложности. Полые профили получают с применением иглы. Изделия, полученные этим способом, имеют равно­мерную плотность. Для прессования металлокерамических деталей применяют механические (экс­центриковые, кривошипные, кулачковые) и гидравлические прессы.

Рис. 7. Схема мундштучного прес­сования:

1- пуансон; 2 - контейнер; 3 - мат­рица

Прокаткойметаллических порошков получают спрессованную ленту, которую подвергают спеканию. Металлические порошки прокаты­вают в вертикальном и горизонтальном направлениях. При прокатке в вертикальном направлении (рис. 8, а) на валки (3) устанавли­вают бункер (1), который предохраняет порошок (2) от просыпания. В бункере создается столб порошка высотой, необходимой для непре­рывного поступления порошка под действием собственной массы в очаг деформации. При прокатке в горизонтальном положении (рис. 8, б) применяют наклонный желоб или принудительную подачу порошка шнековым механизмом.

Рис. 8. Схема прокатки металлических порошков

1- Бункер; 2- порошок; 3- валки

 

Прокаткой можно получать двух- и трехслойные ленты по схеме, приведенной на рис. 8, а - в. В настоящее время методом прокатки металлических порошков получают ленты толщиной 0,025 -3 мм и шириной 300 мм.

Прокатка металлокерамических материалов - перспективный метод порошковой металлургии. Перед обычным прессованием она имеет ряд преимуществ: отсутствие дорогостоящих пресс-форм; возможность получения изделий относительно больших размеров при малой тол­щине и более однородных по плотности; более высокая производи­тельность; значительно меньшая мощность прокатных станов, чем мощность прессов для производства изделий той же площади.

 

Горячее прессование. При горячем прессовании в пресс-форме изделие не только формуется, но и под­вергается спеканию, что позволяет получать бес­пористый материал с высокими физико-механи­ческими свойствами. Горячее прессование можно осуществлять в вакууме, в защитной или восста­новительной атмосфере, в широком интервале температур (1200 -1800°С) и при более низких давлениях, чем холодное прессование. Этим методом получают изделия из трудно деформи­руемых материалов (боридов, карбидов и др.).

Шликерным называют формование металлического по­рошка заполнением шликером, представляющим собой устойчивую суспензию порошка в жидкости, пористой формы, обеспечивающей удаление жидкости из шликера. При этом процесс получения заготовки из порошка со­вершается без приложения внешнего усилия.

Для приготовления шликера используют сравнитель­но мелкие порошки с размером частиц до 30 - 40 мкм (желательно до 5 - 10 мкм), взвесь которых в воде, спирте или четыреххлористом углероде однородна и не расслаивается в течение длительного времени. Количе­ство твердого в шликере составляет 40 -70 %. Шликер содержит также некоторое количество добавок (дефлокулянтов) (кислоты или щелочи, различные соли), пре­пятствующих слипанию твердых частиц. Форму для шликерного формования изготавливают из гипса, коррозионностойкой стали, спеченного стеклянного порошка, пластика. Чтобы получить заготовку, шликер сначала наливают в форму, а затем через некоторое время вы­ливают из нее.

Механизм формования заключается в осаждении твердых частиц на стенках формы под действием направленных к ним потоков жидкости. Эти потоки возни­кают в результате впитывания жидкости в гипсовую форму под влиянием разрежения, создаваемого за пер­форированной стенкой стальной или стеклянной формы, или под воздействием центробежных сил, создающих давление в несколько мегапаскалей при так называемом центробежном шликерном формовании.

Относительная плотность получаемых заготовок мо­жет достигать 60 %. Связь между частицами обусловле­на в основном их механическим зацеплением.

Шликерное формование позволяет изготавливать тру­бы, сосуды и изделия сферической и других сложных форм, которые трудно получить другими методами, осо­бенно в случае хрупких порошкообразных материалов (карбидов, нитридов, силицидов, боридов и других хи­мических соединений различных металлов).

Динамическое (импульсное) формование – это формование металлического порошка или порошковой формовки, при котором уплотнение производится удар­ными волнами в интервале времени, не превышающем 1 с, в настоящее время все более широко внедряется в практику порошковой металлургии благодаря следую­щим преимуществам: до минимума снижаются расходы на пресс-инструмент, отсутствует или сводится к минимуму проявление упругого последействия, обеспечива­ется достижение высокой (92 - 95 %) относительной плотности получаемой заготовки.

В зависимости от вида источника энер­гии формование называют взрывным, электрогидравли­ческим (электрогидродинамическим), электромагнит­ным, пневмомеханическим и вибрационным.

При взрывном формовании энергия пороховых газов сообщает определенную скорость снаряду, ударяющему по прессующему пуансону, либо передается на прессуе­мый порошок всесторонне через жидкость, причем порошок находится в эластичной оболочке. Происходящее при уплотнении порошка выделение тепла приводит к нагреву контактных межчастичных участков и облегчает процесс их деформирования. В результате, плотность (хотя и не всегда) и в особенности прочность достигают большего значения, чем при обычных методах формова­ния статическими нагрузками.

 

Спекание порошковой формовки. Процесс состоит из стадийнагрева, выдержку ее при температуре ниже точки плавления основного компонента и охлаждения с целью обеспечения заданных механических и физико-химических свойств.

Это одна из важнейших технологических операций, результатом которой является превращение непрочного порошкового тела в прочное спеченное изделие со свой­ствами, приближающимися (а иногда и превосходящи­ми) к свойствам литого металла. Плотность, прочность и другие физические и механические свойства спеченных изделий зависят от свойств исходных порошков и условий изготовления: давления прессования, температуры, времени и атмос­феры спекания и других факторов.

Возможны две основные разновидности процесса спекания - твердофазное, т.е. без образования жидкой фазы, и жидкофазное, при котором нагрев порошковой формовки проводят при температуре, обеспечивающей появление жидкой фазы

 

.

Механизм процесса спекания в общих основах представлен на схеме (рис. 9).


Рис.9. Схема увеличения контактных участков и сфероидизация пор в результате поверхностной миграции атомов: а – до спекания; б – после спекания

 

Вещество состоит из атомов, связи которых обусловлены связями электронного уровня, а электроны совершают колебательные движения. Особой подвижностью обладают атомы, расположенные на свободных поверхностях, в следствие ненасыщенности их силовых линий. Избыток энергии Гиббса у поверхностных атомов проявляется в наличии поверхностного натяжения, стремящегося сократить свободную поверхность. При достижении определенной температуры атомы, расположенные на свободных поверхностях, приобретают достаточную подвижность для перемещения (миграции) с выступов (менее устойчивые состояния) к впадинам и другим местам контакта частиц, где запас энергии Гиббса (свободной энергии) меньше и, следовательно, состояние атомов более устойчиво Процесс поверхностной миграции атомов приводит к сглаживанию свободных поверхностей и сфероизации пор. При этом возрастает поверхность контакта между частицами, благодаря чему увеличивается прочность всего брикета (штабика).

Другим важным фактором при процессе спекания является диффузия. Диффузия есть перемещение веществ в результате хаотического движения его частиц, вызванного кинетической энергией, или направленного их движения, обусловленного градиентом концентрации или химического потенциала. В последнем случае диффузия происходит в направлении меньшей концентрации диффундирующего агента или большего химического потенциала растворителя. В практике диффузия является часто результатом сочетания обоих указанных явлений.

В зависимости от путей миграции атомов, ионов, молекул различают объемную диффузию (в глубине решетки), диффузию вдоль граней кристаллов (по «внутренним» поверхностям тела) и поверхностную диффузию (по внешней поверхности).

Более дисперсные порошки с сильно развитой поверхностью уплотняются при нагреве с большей скоростью, так как обладают большим запасом поверхностной энергии.

 

 

Если нагреть порошковое тело до некоторой темпера­туры и дать выдержку, то усадка в первый момент про­исходит быстро, а затем замедляется и почти прекра­щается. При повышении температуры скорость уплотне­ния в первый момент снова возрастает, а затем опять замедляется через некоторое время. И так при каждом новом подъеме температуры. В первый момент при нагреве дефектов много и каждая частица как бы стре­мится избавиться от них - усадка идет быстро. Затем количество дефектов приближается к равновесному для данных условий, все виды имеющихся поверхностей раз­дела между частицами и внутри них уменьшаются и усадка замедляется.

Рост (рекристаллизация) зерен при спекании — одно из важных наблюдаемых явлений. Так как при этом мелкие зерна исчезают, то суммарная поверхность раздела ме­жду частицами и внутри них уменьшается, что энергети­чески выгодно. Прак­тически рост зерен продолжается до образования образца некоторого среднего размера частиц. Увеличение размера частиц при сравнительно небольших температурах происходит за счет изменений в приповерхностных слоях поверхност­ной рекристаллизации. С повышением температуры рекристаллизация начинается во всем объеме брикета. Как правило, спеченные брикеты характеризу­ются сравнительно небольшими размерами зерен, хотя в отдельных случаях можно получить весьма крупнозер­нистую структуру.

Представленный упрощенный механизм спекания не учитывает ряд факторов, которые могут повлиять на характер процесса:

- наличие примесей;

- пленок оксидов и адсорбированных газов на частицах металлов,

- наличие активной газовой атмосферы.

В результате процесса спекания (выдержка спрессованно­го брикета при определенной температуре) достигается уп­рочнение брикета и его усадка (уменьшение объема пор). Брикет приобретает структуру, характерную для компактных металлов. Однако в отличие от металла, полученного плав­лением, он все же обладает значительной остаточной порис­тостью, которая исчезает только после механической обра­ботки штабика (ковки, протяжки).

Спекание вольфрамовых и молибденовых штабиков проводят в две стадии: предварительное низкотемпературное спекание и высокотемпературное спекание ("сварка").

 

Предварительное спекание вольфрамовых штабиков ведут при 1150 - 1300 °С и молибде­новых при 1100 - 1200 °С в муфельных электропечах (муфель из алунда) в среде водорода. Нагревателем служит молибде­новая проволока. После выдержки в течение 30 - 120 мин (в зависимости от размеров) получают заметно упрочненные штабики, однако линейная усадка их незначительная (2 -3 %). Спрессованные штабики обладают открытой пористос­тью..

В реальных порошках вольфрама и молибдена содержится 0,05- 0,2 % кислорода, в виде оксидов, которые при спекании в водородной ат­мосфере восстанавливаются, что приводит к увеличению площади метал­лических контактов и ускорению протекания процессов.

Важную роль в формировании структуры вольфрамовых штабиков при спекании и в регулировании процесса рекристаллизации вольфрамовой проволоки при ее эксплуатации играют примеси и присадки, вводимые в исходный триоксид вольфрама перед восстановлением водородом.

Наиболее распространенные присадки: силикат калия, оксид алюми­ния и тория вводимые в триоксид вольфрама в форме азотнокислых солей.

В процессе высокотемпературного спекания штабика присадки К2О, SiО2 , А12О3 удаляется из штабика до такой степени, что методами спектрального и химического анализа нельзя отличить по составу спеченные штабики марки ВА и ВЧ. Однако в рекристаллизованной проволоке проявляется резкое различие в их структуре и свойствах.

Присадка оксида тория не улетучивается в процессе спекания. Располагаясь по границам зерен, он механически препятствует их росту, обеспечивает получение штабики с мелкозернистой структурой, а также задерживает рекристаллизацию при отжиге вольфрамовой проволоки.

Штабик претерпевает небольшую усадку (2 - 3 %) от первоначальных размеров.

Для низкотемпературного спекания применяют электрические муфельные печи. Муфель (или труба) электропечи выполнен из алунда, не размягчающегося до 10000С, нагреватель - спираль из молибденовой проволоки. Штабики укладывают в никелевые или стальные лодочки (до 50 штук) на подложку

из вольфрамового (или молибденового) порошка.

 

Высокотемпературное спекание (сварку) штабиков вольфрама проводят примерно при температурах 0,75 Т' плавления металла: для вольфрама 3000 0С и молибдена 2200 – 2400 0С.

 

Рис. 10. Схема аппарата для высокотемпературного спекания («сварка») вольфрамовых и молибденовых штабиков: 1 - стальная плита; 2 - охлаждаемый колпак; 3 - верхний неподвижный контакт; 4 - токоподвод; 5 - шина, подводящая ток; 6 - спекаемый штабик; 7 - зажимные щипцы; 8 – нижний подвижный контакт; 9 - противогруз; 10 - гибкий токоподвод.

 

Штабик (6) вертикально закрепляют в охлаждаемом водой колпаке (4) между двумя зажимными контактами (3, 8), состоящими из охлаждаемых во­дой медных головок (4), в которые вмонтированы две молибденовые или вольфрамовые пластины - щипцы (7).

К головкам подводят с помощью медных охлаждаемых водой труб переменный электрический ток пониженного напряжения (15 - 20 в) промышленной частоты. Нижний контакт (8) должен быть подвижным, так как в процессе сварки происходит значительная усадка штабика, его длина уменьшается примерно на 15 % и жесткое закрепление контакта может повлечь за собой разрыв штабика. Подвижность нижнего контакта обеспечивается роликовым механизмом с уравновешивающим устройством с противогрузом (9); подвод тока осу­ществляется при помощи гибких шин (10), а охлаждающей воды - гибкими шлангами. Подъем колпаков осуществляется с помощью пневмоцилиндров. Под колпаком непрерывно подается сухой водород.

Режим " сварки " зависит от марки вольфрама. Так например, штабик из чистого порошка вольфрама (марка ВЧ) и из порошка с присадками оксидов тория, лантана и иттрия (ВТ, ВЛ, ВИ ) сваривают в одну стадию. За 12-15 мин силу тока увеличивают до создания температуры 2800 - 3000° С (88 – 93 % от силы тока переплавки штабика), выдерживают штабик при максимальной силе тока 12 - 20 мин. после чего ток выключают. Сварку штабиков с кремнещелочной и алюминиево - оксидной присадкой (ВА) проводят в две стадии. Первую стадию при силе тока 48 - 50 % от тока переплавки (2000 - 2200°С). На этой стадии благодаря сохранению открытой пористости испаряется большая часть кремнещелочной присадки. Вторую стадию проводят в отдельном аппарате при максимальной силе тока 93 % от тока переплавки.

Присадка ThO2 (оксида тория) не улетучивается в процессе спекания, располагаясь по границам зерен, диоксид тория механически препятствует их росту, обеспечивает получение штабика с мелкозернистой структурой, а также задерживает рекристаллизацию при отжиге вольфрамовой проволоки.

После сварки плотность вольфрамовых штабиков достигает 17,5 -18,5 г / см3 (пористость 10 - 15 %) Они должны иметь однородную мелкозернистую структуру с числом зерен 800 - 2000 на 1 мм (марки ВЧ). В связи с мелкозернистостью, молибденовых порошков усадка штабиков молибдена происходит быстро и завершается при 2200 – 24000С за 10 -15 мин. Пористость спеченных молибденовых штабиков равна 6 -10 %.

 

 

 

Рис. 11. Спрессованный и сваренный вольфрамовый штабик 10х10 х300 мм

Рис. 31. Структуры сваренного вольфрамового штабика (а) и кованого прутка

(диаметром 2,75 мм) (б). Х200

 

Для спекания крупных заготовок массой 100 - 300 кг, полученных гидростатическим прессованием, используют индукционные печи. Спекание молибденовых заготовок ведут в водороде при 1700 – 1830 0С в течение З - 15 ч (в зависимости от температуры и размера заготовки). Крупные вольфрамовые заготовки спекают в индукционных, печах при 2400 – 25000 С и длительной выдержке (примерно 20 ч).

 


После спекания вольфрамовые и молибденовые штабики на холоду хрупки. Однако в нагретом состоянии (1300 -1400 °С) штабики можно подвергать ковке, а затем волоче­нию или прокатке в листы. С ростом степени деформации пластические свойства металлов возрастают, а температура обработки понижается.

 

Ковку штабиков квадратного сечения в круглые прутки, предназначенные для волочения проволоки, осуществляют на ротационных ковочных машинах (рис. 13). Принцип их действия состоит в том, что штабик, предварительно нагретый в печи (в водородной среде), получает большое число ударов (10000 - 12000 в 1 мин) от двух ковочных плашек, вращаю­щихся с большой скоростью вокруг оси вольфрамового прутка и совершающих возвратно-поступательное движение по диа­метру в пазах вращающегося вала машины.

Рис. 13. Схема ротационной ковочной машины:

1 - обойма; 2 - ролики; 3 - шпиндель с каналом для прутка; 4 - ползуны; 5 -

штампы ("плашки"); б - пруток; 7 - станина

 

Число ударов в 1 мин зависит от количества роликов и числа оборотов шпин­деля. Изменяя диаметр плашек, получают прутки диаметром 2 - 3 мм.

 

 

 

Рис. 33. Схема расположения агрегатов при ковке вольфрама:

/—пруток; 2 — печь; 3 — ковочная машина; 4 — роликовый транспортер;

5 — направляющий лоток

 

 

Изменение структуры вольфрама в процессе механической обработки показано на рис. 14. Полиэдрическая структура превращается в волокнистую.

 

Рис. 14. Структура спеченного вольфрамового штабика (а) и ковкого прутка (б), диаметром 2,5 мм х 100

 

 

Далее кованные прутки поступают на волочение с целью получения проволоки. Для этого пруток в нагретом состоянии пропускают сначала на крупные цепные и блочные волочильные станы с применением фильер из твердых спла­вов (от 2 до 0,5 мм), затем на машинах многократного сре­днего и тончайшего волочения (от 0,5 до 0,01 мм), рис. 15. Для во­лочения вольфрамовой проволоки тоньше 0,3 мм применяют алмазные фильеры.

 

Рис. 15. Схема установки для волочения вольфрамовой проволоки

1- ведущий барабан; 2 – фильера; 3 – печь (газовая или электрическая); 3 – смазочная коробка; 5 – спускной барабан

 

Для предотвращения окисления и уменьшения износа плашек пруток перед поступлением в печь нагрева покрывают аквадагом (смесь тонкого графита с аммиачной водой с добавкой сахара).

Температура волочения вольфрамовой проволоки изменяет­ся по мере уменьшения диаметра проволоки от 800 до 500 °С. В процессе ковки и волочения исходная равновесная структура заготовки превращается в "волокнистую", состоя­щую из мелких кристаллов, ориентированных вдоль оси обра­ботки (рис. 13).

 

 


 

9.4. Металлокерамические твердые сплавы на основе карбида вольфрама

Твердые сплавы сочетают большую твердость с высоким сопротивлением износу и высокой прочности.

Группы по назначению:

инструментальные твердые сплавы;

конструкционные сплавы;

жаропрочные и жаростойкие сплавы.

Группы по составу:

вольфрамо-кобальтовые WC - Со (ВК);

титан - вольфрам - кобальтовые WC - TiC- Co (TK);

титан - тантал- вольфрам - кобальтовые WC - TiC- TaC-Co (TTK.).

Основными материалами для производства твердых сплавов на основе карбида вольфрама служат: вольфрамовый ангидрид, паравольфрамат аммония, вольфрамовая кислота, окись кобальта, сажа.

Исходные материалы должны отвечать следующим техническим условиям.

Вольфрамовый ангидрид: W ≥ 55-60; примеси Si ≤ 1,0; S ≤ 0?5- 1,0; Mo ≤ 0,3; As ≤; Cu ≤ 0,15 – 0,2; P ≤ 0,05.

Оксид кобальта: Co ≥ 70; Na ≤0,018; Ca ≤0,01; Fe ≤ 0,06; Ni ≤1,5; Mn ≤ 0,09; насыпная масса порошка не выше 0,75 г/ см3.

Двуокись титана: TiO2 ≥99,5; Fe2O3 ≤ 0,10, SO4 ≤ 0,10; P2O5 ≤0,06; SiO2 ≤ 0,20.

Ламповая сажа (продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов: H2O ≤ 0,5; зольность ≤ 9б1.

 

 

Материалы, которые необходимы для изготовления продукта, но не входят в его состав, называются вспомогательными. Это: этиловый спирт, водород, графит, корракс, бензин, парафин и др.

Карбиды тугоплавких металлов могут быть получены следующими методами:

1. Получение карбидов в литом виде;

2. Науглероживание порошков металлов (или оксидов) твердым углеродом;

3. Науглероживание порошков металлов ( или оксидов) газами, содержащих углерод (часто в присутствии твердого углерода);

4. Осаждение из газовой фазы (метод наращивания);

5. Химическое выделение карбидной фазы или углеродистых ферросплавов или расплавов ( метод растворения);

6. Электролиз расплавов соответствующих солей.

Получение литых карбидов основано на сплавлении металлов с углеродом и возможно только в электрической или высокочастотной печи, так как температура образования и плавления карбидов тугоплавких металлов лежит в пределах 2500 – 40000С. Это вызывает определенные технические трудности, поэтому способ получения литых карбидов имеет ограниченное применение.

Получение карбидов науглероживанием порошков металлов или оксидов металлов твердым углеродом имеет наибольшее распространение и используется для промышленного применения карбидов вольфрама, титана, молибдена, тантала, ванадия и других, рис. 16 .

Технологическая схема получения твердого сплава на основе ВК представлена на рис. 16.

 

 

Н2 WO3 H2 Co2O3

               
       
 

 


Восстановление Восстановление

       
   

 


Порошок W Порошок Co

       
   
 


С

               
 
       
 
 


Получение Смешение Пластификатор

карбида

       
 
 
   

 

 


Прессование заготовок

 
 

 

 


Спекание

 
 

 


 

Контроль

качества изделия

 
 


Рис. 14. Технологическая схема получения изделий из карбидов

В качестве исходного сырья при этом способе используют порошки чистых металлов или их оксидов. Углерод вводят в смесь в виде тонкого порошка сахарного угля или сажи. Смесь металла (или окисла) с углеродом тщательно перемешивают в шаровых мельницах в сухую или мокрым способом. При смешивании металла с твердым углеродом дают от 5 до 10 % избытка углерода, так как в металлических порошках имеется остаточный кислород, а также для компенсации частичного выгорания углерода в печи.

 

 

Науглероживание (карбидизация) проводят в одну или несколько стадий в электрических или реже газовых печах.

 

Рис. 17. Схема графитово-трубчатой печи сопротивления:

1 - кожух; 2 - графитовая труба накала; 3 - экранирующая графитовая труба; 4 - сажевая теплоизолирующая засыпка; 5 - холодильник; б - контактные графи­товые конусы; 7 - охлаждаемая контактная головка; 8 - люк; 9 - шины, подво­дящие ток

В качестве защитного газа используют водород, окись углерода, метан и смеси этих газов.

Процесс образования карбидов протекает по следующим основным реакциям:

1. В твердой фазе:

Me + C ↔ MeC

MeO + 2 C ↔ MeC + CO

2. В газовой фазе:

Me + 2CO ↔ MeC + CO2

MeO + 3 CO ↔ MeC + 2 CO2

 

Таблица Оптимальный состав шихты и температурный режим процесса

 

Карбид

Состав шихты

Температура реакции, 0С

TiC

TiO2 + сажа; Ti(TIH2) + сажа; TiO2 + сажа + хлорные производные углероводородов

1700- 2100

VC

V2O5(V2O3) + сажа; V + сажа

1100 – 1200

TaC

Ta2O5 + сажа; Ta + сааж

1300- 1500

Mo2C

MoO3 + сажа; Mo + сажа

1200- 1400

1100- 1300

WC

WO3 + сажа; W + сажа + углеводороды

1400- 2000

1200- 1400

 


 

Рис. Порошок карбида вольфрама, снятый на электронном микроскопе. Х 10000: а – до размола; б – после мокрого размола в течение 48 ч

 


Рис. Порошок кобальта, снятый на электронном микроскопе. Х 10000: а – до размола; б - после мокрого размола в течение 48 с

 

Спекание состоит в нагревании изделия до температуры 1330-1550СС, выдержке изделия при этой температуре и охлаждении.

Основная цель спекания - уплотнение и упрочнение спрессованных заготовок, которые после этого должны обладать заданными физическими и механическими свойствами.

При спекании спрессованных порошков происходят следующие процессы:

повышение подвижности атомов;

снятия остаточных напряжений на поверхности кристаллов;

растворение карбида вольфрама в кобальте с образованием γ – Со ;

изменение контактной поверхности между частицами;

образование жидкой фазы (γ – Со + WC);

перемещение жидкой фазы по поверхности зерен карбида вольфрама (жидкое течение);

перемещение частиц;

изменение поверхности частиц;

изменение механических свойств;

рекристаллизация.

 

Изначально до проведения спекания спрессованное изделие представляется механической смесью индивидуальных тщательно перемешанных частиц порошков кобальта и карбида вольфрама. При нагреве спрессованного изделия происходят указанные выше процессы.

В процессе нагрева изделия твердого сплава в спекаемом теле образуется некоторое количество жидкой фазы в виде расплавленного γ - кобальтаb.

Кобальт смачивает зерна карбида вольфрама и частично растворяет его и образует твердый раствор. Растворимость карбида вольфрама в кобальте составляет около 10 %

Уплотнение при появлении жидкости может происходить вследствие перемещения твердых частиц под влиянием поверхностного натяжения жидкости. Кроме того, уплотнению способствует процесс перекристаллизации карбидных зерен через жидкий кобальт.

На следующей стадии спекания увеличивается средний размер зерен карбида вольфрама. Интенсивность роста зерна карбида вольфрама зависит от количества жидкой фазы, которое определяется содержанием кобальта в спекаемой смеси, поэтому средний размер зерен карбида вольфрама в сплавах с высоким содержанием кобальта больше, чем у сплавов с низким содержанием.

Зерна WC растворяются в жидкости вследствие раз­ницы в поверхностной энергии мелких и крупных час­тиц, а также различной степени приближения их кри­сталлической решетки к равновесному состоянию.

Процессы, происходящие при спекании сплавов, мо­жно описать в следующем порядке:

1. При температуре 200 - 400° С удаляются пласти­фицирующие вещества.

2. При температуре 400 -700° С восстанавливаются окислы кобальта, железа и вольфрама.

3. В интервале температур 800 -1100° С сваривают­ся отдельные карбидные зерна в местах их соприкосно­вения. При этом происходит некоторое упрочнение изде­лия.

4. При температуре 1150 - 1300° С образуются твер­дые растворы на основе кобальта. Этот процесс сопро­вождается довольно активной усадкой. На диаграмме состояния окончанию диффузионного растворения соот­ветствует точка а, после чего появляется жидкая фаза. Количество жидкой фазы с течением времени увеличивается и приблизительно при 20 % WC в раство­ре весь кобальт переходит в состав жидкой фазы.

 

5. При достижении температуры плавления эвтекти­ки, состоящей из кобальта с растворенными в нем карбидом вольфрама и углеродом, вступают в действие си­лы поверхностного натяжения. Это приводит к переме­щению карбидных зерен, к так называемому «жидкому» течению. Процесс происходит примерно в интервале температур 1300 -1400° С и заканчивается почти полным уплотнением спекаемого изделия.

6. По мере повышения температуры от 1400 до 1500° С продолжается дополнительное растворение зе­рен карбида вольфрама в жидком кобальте, пока со­держание его в жидкой фазе не достигнет ~ 38 % . В этом интервале температур начинается рост зерен карбидной фазы, в основном перекристаллизация через жидкую фазу. В этот период сварка карбидных зерен и растворение их в расплавленном кобальте до­стигают своего предела. Расплавленный цемент запол­няет все промежутки и поры между карбидными зерна­ми. При достаточной выдержке процесса при макси­мальной температуре сплав полностью освобождается от содержащихся в нем газов.

7. После выдержки при максимальной температуре сплав охлаждается. При охлаждении с температуры 1500 до 1300° С из жидкости выпадает на имеющихся зернах WC растворенный в ней карбид вольфрама, что приводит к увеличению размера карбидных зерен и к усилению контактов между ними.

При дальнейшем понижении температуры выделяет­ся углерод, растворенный в кобальте. Свободный углерод выделяется либо в виде отдельных мельчайших кристаллических частиц графита, либо в виде скопле­ния их Охлаждение сплава до комнатной температуры существенно не влияет на формирование структуры. Проведение процесса спекания с тщательным соблю­дением температур и соответствующих выдержек при­водит к получению плотного сплава. Спекание изделии, изготовленных из смесей различной зернистости, требу­ет различного подхода. Так, менее сложно спекать из­делия изготовленные из крупнозернистых и среднезернистых смесей. Большие трудности вызывает спекание изделий, изготовленных из мелкозернистых смесей.

При спекании мелкозернистых смесей происходит очень интенсивная усадка. Газы не успевают покинуть сплав, в результате чего образуется замкнутая порис­тость. На фоне шелковистой однородной структуры эти поры и раковины хорошо заметны.

Сплавы WC - Со могут быть либо двухфазными, со­стоящими из зерен карбида вольфрама и прожилок це­мента, либо трехфазными, когда к основным фазам до­бавляются графитовые включения или η 1 -фаза, представляющая собой соединение Co3W3C, образующееся при обезуглероживании сплава. В связи с этим очень важно в процессе подготовки карбидов и смешивания их с кобальтом не допускать изменения химического со­става смеси.

На рис. 40 показана характерная структура сплавов с различным размером зерна карбидной составляющей. На рис. 41 представлена структура сплавов с наличием h -фазы и содержанием структурно свободного графита.

 


 

Рис. 40 . Структура сплава WC – Co с различным размером зерна карбидной фазы. Х 1500

 

 


Рис. 41. Структура сплавов, содержащих графит и фазу η 1; а – сплав с фазой η 1; б – сплав с содержанием графита.

 

Технология спекания изделия проводится в электрических печах с алундовой или графито­вой трубой круглого или прямоугольного сечения в зависимости от сечения трупы или муфеля. На дно графитовой лодочки примерно на высоту 15-20 мм насыпают засыпку и на нее укладывают изделия на опорную грань в верх рабочей частью или на широкую плоскость.

Изделия засыпают слоем засыпки толщиной 3- 5 мм. На этот слой укладывают следующий ряд изделий и так до заполнения всей лодочки. Верхний ряд изделий засыпают слоем засыпки толщиной до 10 мм и в некоторых случаях закрывают графитовой пластиной.

После спекания изделия высыпают из лодочек на сито с отверстием 7 -8 мм для отделения от засыпки и окончательного очищения на специальном аппарате увлажненным песком либо металлической крошкой, подаваемой под давлением сжатого воздуха. Особенно большое внимание следует уделять контролю готовых изделий.

Контроль качества твердого сплава включает:

металлографический контроль; определение плотности; определение коэрцитивной силы; определение твердости; определение предела прочности при изгибе; специальные методы контроля, связанные с их применением: суровых твердых сплавов, металлообрабатывающие резцы, сверла и другие изделия.

 

В качестве примера приведены образцы различных твердосплавных материалов, находящих применение при обработке отдельных видов труднообрабатываемых материалов обычными видами инструмента.

 


Рис.1 Обработка серого чугуна при помощи специальных сплавов

 

Серые чугуны очень плохо обрабатываются обычными видами инструментов. Покрытие твердосплавного инструмента многослойным покрытием типа (CVD) -Al2O3), обогащенной цирконием, позволяет обеспечить повышенную износостойкость и защиту от выкрашивания режущих кромок при неблагоприятных условиях резания, рис. 1,2..

 

 


Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 393 | Нарушение авторских прав




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Поправки к Федеральному Закону об общественных обьединениях. | Композиционные материалы. Материалы порошковой металлургии: пористые, конструкционные, электротехнические

mybiblioteka.su - 2015-2020 год. (0.259 сек.)