Geum.ru

Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003

Вид материалаУчебное пособие
Подобный материал:
1   ...   30   31   32   33   34   35   36   37   ...   48

7.3.СПЕКАНИЕ



Спекание представляет собой процесс нагрева и выдержки формуемой заготовки при температуре ниже точки плавления основного компонента с целью обеспечения заданных механических и физико-химических свойств. Это важная технологическая операция, результатом которой является превращение непрочного порошкового тела в прочное спеченное изделие со свойствами, приближающимися к свойствам литого металла. Такое превращение происходит за счет изменения характера межчастичных контактов. Плотность, прочность и другие физические и механические свойства спеченных изделий зависят от свойств исходных порошков и условий изготовления: давления прессования, температуры, времени, атмосферы спекания и других факторов.

Существует две основные разновидности процесса спекания — твердофазное (без образования жидкой фазы) и жидкофазное, при котором нагрев порошковой заготовки проводят при температуре, обеспечивающей появление жидкой фазы.

Продолжительность спекания варьируется от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от состава и плотности материала, конструкции печи, размеров изделия и т. д.

Нагрев заготовок при спекании осуществляют в печах различного типа, работающих периодически или непрерывно. Печи периодического действия бывают колокольного типа, муфельные или шахтные. В печах колокольного типа с защитной атмосферой на внутренний герметичный колпак, накрывающий спекаемые порошковые заготовки, одевается наружный колпак с электронагревателями, создающими необходимую температуру. Экономичность печи высокая, производительность 5–7 кг/ч, предельно достигаемые температуры низкие.

Муфельные печи с электрообогревом и защитной атмосферой имеют горизонтальный короб (муфель) из жароупорной стали, помещенный внутри кожуха с огнеупорной футеровкой. Один конец муфеля глухой, а другой с крышкой. Производительность этих печей низка из-за больших затрат времени на нагрев и охлаждение спекаемых заготовок, а расход электроэнергии достаточно высок (300–400 кВт ч на 100 кг изделия).

Печи периодического действия используют в основном, при мелкосерийном производстве спеченных изделий. Для массового выпуска разнообразной продукции из металлических порошков применяют методические печи непрерывного действия — конвейерные, рольганговые, с шагающим подом, толкательные.

В конвейерных печах порошковые заготовки перемещаются в специальных поддонах или прямо на конвейерной ленте из жаростойкой и жаропрочной стали. Рабочая температура (1000–1600 °С) зависит от типа нагревательных элементов. В рольганговых печах процесс ведут при температуре 1200 °С, коробка с заготовками транспортируется в печи по роликам рольганга, выполненным из легированной стали. Производительность печей до 200 кг/ч при расходе электроэнергии около 1 кВт·ч/кг.

Горячее прессование — это процесс одновременного прессования и спекания порошков при температуре 0,5–0,8 температуры плавления основного компонента шихты. При этом 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, более высоким пределом текучести, большим удлинением, повышенной твердостью, лучшей электропроводностью и более точными размерами, чем изделия полученные путем последовательного прессования и спекания. Такие свойства тем выше, чем больше давление прессования. Горячепрессованные изделия имеют мелкозернистую структуру.

В настоящее время применяются пресс-формы из тугоплавких оксидов, силикатов и других химических соединений. Для предупреждения взаимодействия прессуемого материала с материалом пресс-формы ее внутреннюю поверхность покрывают каким-либо инертным составом (жидкое стекло, эмаль, нитрид бора и др.) или металлической фольгой. Кроме того, для предупреждения окисления прессуемого изделия применяют защитные среды (восстановительные, инертные) или вакуумирование. Горячее прессование выполняют на специальных гидравлических прессах, имеющих устройства для регулирования температуры при прессовании.

Для интенсификации процесса спекания используют специальные приемы: химические и физические способы активирования спекания. Химическое активирование заключается в изменении состава атмосферы спекания. Например, добавка в атмосферу спекания хлористых или фтористых соединений способствует активному соединению с ними выступов частичек, а образующиеся соединения снова восстанавливаются до металла, атомы которого конденсируются в местах с минимальным запасом свободной энергии. Интенсивное уплотнение спекаемой заготовки наблюдается при добавке в порошок изделия небольшого количества металла с меньшей температурой плавления. Например, к вольфраму добавляют никель, к железу — золото и т. п. В настоящее время широко применяют физические способы активирования спекания: циклическое изменение температуры, воздействие вибраций или ультразвука, облучение прессовок, наложение сильного магнитного поля.

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.