Рис. 5.14. Схема мундштучного прессования:

1 - пуансон; 2 - порошковая шихта; 3 - конгейнер; 4 - матрица-мундштук; 5 - упорная плита; 6 - спрессованная заготовка

5-10 мм/с. Применение более высоких скоростей приводит к неравномерности плотности по длине, неравномерной усадке и короблению.

При формовании полых заготовок над матрицей устанавливают звездочку с оправой (иглой).

Предварительная подпрессовка (давление 150 - 200 МПа) порошков в контейнере способствует повьппению качества заготовок, активизирует усадку при спекании, снижает пористость и повышает механические свойства прутков и труб. Поэтому целесообразно проводить раздельное прессование пористой заготовки и выдавливание ее через отверстие матрицы.

Мундштучное прессование без добавления в порошок связки используют для выдавливания нагретых порошков, помешенных в оболочки из легко деформируемых материалов. Оболочки могут быть стеклянные, графитовые и металлические из металлов, не реагирующих с прессуемым порошком, стенками контейнера и матрицы. Для уменьшения сил трения и сопротивления деформирования оболочки часто изготовляют из биметаллических листов фольги или на поверхность металла напыляют графит и другие твердые смазки. После прессования оболочку чаще всего удаляют механически или травлением в растворах, не реагирующих с полученным материалом.

Экструзия при повышенных температурах, позволяет получить плотные и прочные длинномерные заготовки различных профилей из алюминия, магния, титана и из их сплавов, быстрорежущих сталей, из смесей, содержащих абразивы, и др.

Прессование скошенным пуансоном проводят при получении пластин и полос из порошков пластичных металлов и сплавов [14]. Поэтапное прессование изделия позволяет снизить давление прессования и достигать достаточно высокую плотность.

ФОРМОВАНИЕ ЗАГОТОВОК БЕЗ ПРИЛОЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Формование безг внешнего давления обеспечивает возможность получения заготовок сложной конструкции, а также изделий из практически неформуемых порошков.

Засыпка в формы - простейший способ получения пористых порошковых заготовок (ППЗ), при котором в форму, изготовленную из керамики или металлических сплавов, засыпают порошки и спекают. Способ применяют при спекании высокопористых фильтров из порошков стали или других металлических сплавов, а также из керамик. Для порошков из цветных металлов используют стальные или графитовые формы. С целью предотвращения припекания порошков к стенкам формы последние покрывают различными суспензиями, например глиноземом с водой, и высушивают. В случае применения дисперсных и ультрадисперсных порошков, отличающихся большой усадкой при спекании, заготовки из которых имеют достаточно высокую плотность, засьшкой в форму можно получить материал с удовлетворительными свойствами без последующего утшотнения.

Уплотнение вибрацией. У порошков с частицами, имеющими развитую поверхность, насьшная плотность невелика. Такие частицы образуют мостики и арки , создавая в изделии значительную пористость. Поэтому для лучшего заполнения форм при изготовлении тонкостенных заготовок, устранения арочного эффекта и получения изделий с равномерной пористостью форму при засьшке подвергают вибрации. С увеличением частоты и амплитуды колебаний (выше определенных значений) плотность изделий практически не возрастает. При вибрации свободно насьшанного порошка ZiOj наибольшая плотность достигается при частоте колебаний около 0,8 кГц, при вибрации угольного порошка - при частоте 1,5 кГц. Амплитуда колебаний не превышает 1,5 -2,0 мм.

Шликерное литье состоит в формовании порошковой заготовки без приложения давления путем заливки шликера (однородной концентрированной взвеси порошков в жидкости) в пористую форму с последующей сушкой. В основном применяют гипсовые формы. После заполнения формы большая часть жидкости впитывается гипсовой формой и испаряется с ее поверхности, частицы порошков подсыхают и прочно сцепляются. В производстве пустоте-

лых заготовок после достижения в формах нужной толщины стенок оставшийся жидкий шликер сливают. После вьщержки и допо:ши-тельной сушки формы разбирают, заготовку извлекают из нее, -подвергают окончательно сушке и спеканию.

Чтобы подсохшая пульпа (взвесь) ш прилипала к форме, поверхность гипса покрывают тонким слоем мыла, которое вступает в реакцию с гипсом и образует олеат кальция. Для этой же цели можно применять графит, тальк, бентонитовую глину, бумагу. Кроме гипса, при шликерном формовании используют керамику, разборные перфорированные металлические формы с внутренней прослойкой из бумаги, формы из специального картона.

Для приготовления шликера используют мелкозернистые порошки (dpl-i-S мкм),

так как суспензия из них более устойчива и равномерно осаждается на стенки формы. Кроме порошка, в состав шликера входят: вода, спирты, четыреххлористый углерод и добавки - дефлокулянтЫу препятствующие скоплению частиц, образованию флокул и способствующие созданию устойчивых коллоидных суспензий, а также улучшению условий смачивания как частиц порошка, так и стенок формы. В качестве дефлокулянтов используют кислоты (соляную, уксусную), щелочи (NaOH, КОН), альгинаты аммония или натрия, представляющие собой аммиачные соли альгино-вой кислоты. Приблизительный состав шликера, %: твердой фазы 50 - 80; воды 40 - 15; альгината аммония 0,3-0,7.

Скорость наращивания слоя частиц порошка на стенках формы зависит от скорости впитывания жидкости в материал формы, размеров частиц, количественного соотношения порошка и жидкости и т.д. Для интенсификации шликерного формования применяют дега-зованный шликер, вакуумирование формы со шликером и центробежное формование. При понижении давления воздуха за наружными стенками формы увеличиваются скорости испарения жидкости и ее впитывания в стенки формы.

При центробежном шликерном формовании под действием центробежных сил шликер распределяется равномерно на стенках формы, а жидкая фаза удаляется с помощью гипса под действием капиллярных или центробежных сил. После сушки изделие дает усадку, между ним и формой образуется зазор 0,1 - 0,2 мм. Это облегчает отделение и удаление заготовки из формы.

Шликерное формование применяют для изготовления трубчатых фильтров, тиглей, сосудов сферической формы, чехлов термопар и других изделий различной

конфигурахщч из металлов, сплавов, карбидов, нитридов и боридов переходных металлов.

5.2. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ ЗАГОТОВОК

Формо?ание изделий из пористых порошковых заготовок (ППЗ) отличается от их формования как из порошков, так и из монолитных материалов. ППЗ не обладают такой же текучестью, как порошки, а формование из них изделий сопровождается образованием :амого материала с определенной пористостью. При этом нарушается основной постулат обработки давлением компактных материалов - постоянство объема.

Обработка давлением ППЗ сопровождается, чаще всего, дополнительным их уплот-ненкем. При горячей обработке можно ис-польоовать как предварительно спеченные, так и не годвергавшиеся спеканию заготовки, при холодной - только спеченные.

В зависимости от температуры различают холодную, теплую и горячую обработку давлением ПРЗ. Как и для компактных материалов, определяющим признаком ППЗ якляется степень завершенности рекристаллизационных явлений. Однаш при выборе температурного интервала уотъшают такой дополнительный фактор, как необходимость обеспечения уплотнения и сращивания частиц, т.е. сварки их межчастичных контактных поверхностей. Поэтому, как правило, температура нагрева ППЗ перед обработкой давлением выше, чем компактных штериалов, а температурный интервал такой обработки гораздо уже.

Весьма эффективно при ППЗ сочетание сжимающих напряжений со сдвиговыми, при котором обеспечи1аются оптимальные условия структурообразоваьия материала [2]. Повышение пороговой плотности формуемых заготовок из труднодеформируемых порошков может бьтть достигнуто в результате периодической переориентащи действующих напряжений по отношению к ППЗ.

При формовании изделий из ППЗ используют практически все способы, разработанные для обработки лавлением компактных материалов, а также пооошков в состоянии свободной насыпки. На1большее распространение при получении готовых деталей и заготовок с минимальным пропуском под последующую механическую обработку получило прессование в закрытых nptcc-формах. Полуфабрикаты в виде полос, леят, прутков изготовляют прокаткой и экструзией. Используют также методы, присущие тоя.ко технологии ПМ, комбинированные методц (в частности, осадка с элементами экструзии)

В ряде случаев, с цельо повышения плотности и изменения структуры дополнительной обработке давлением, например прокатке, подвергают не только холодно-, но и

горячепрессованные заготовки. В результате прокатки с обжатиями 30 - 70 % горячепрес-сованных заготовок из низколегированной порошковой стали с плотностью (6,7 + 7,8) 10 кг/м наблюдается сильное измеш чение зерен и практически полностью устраняется остаточная пористость.

Большое влияние на результаты обработки ППЗ имеет скорость приложения давления статического и динамического. При горячей обработке результаты статического прессования контролируются механизмами, присущими ползучести материалов в процессе высокотемпературной выдержки под давлениеи. При динамических процессах основную рсш> ипают мгновенные составляющие пластической деформации. При холодной обработке способы отличаются лишь характером прикладываемой напузки. ДинамическоА€у прессованию подвергаются в основном ППЗ, так как динамическое уплотнение порошков затруднено из-за наличия в порошковой засыпке воздуха, который невозможно быстро удалить. Исключение составляет взрывное прессование.

Выбор газовой среды, в которой изготовляют порошковые изделия, определяется возможностью ее химического взаимодействия с обрабатьшаемым материалом, трудностями сращивания контактных поверхностей частиц, попаданием газа в поры, что в дальнейшем препятствует уплотнению частиц В качестве таких сред могут быть использсваны воздух, различные контролируемые атмосферы и вакуум.

В воздушной среде проводят только холодную обработку порошковых материалов, напрев в этой среде примеьяют только для оксидов. Восстановительные или нейтральные среды используют при проредении операций, связанных нагревом ППЗ. Оптимальным вариантом, обеспечивающим мкнимальные энергетические затраты и улучш1ющим условия сращивания частиц, является использование на всех операхщях вакуума. Однако этот процесс требует больших затрат.

Двухкратное и многократное прессование и спекание. С целью повышения плотности и улучшения свойств изделий осуществляют операцию их одно- иш многократной допрессовки с промежуточнмми спеканием или отжигом. Снятие наклеп!, образовавшегося после предьщущего прессования, приводит к снижению необходимого давления. Способствует этому также сферсидизация пор. Зависимость пористости 9 медных порошковых материалов от температуры спекания и числа повторных циклов прессования и спекания приведена на рис. 5.15. Электролитический медный порошок, прессованный под давлением 150 МПа, спехался в течение 1 ч в вакууме при температтре 250 - 1000 °С и повторно допрессовыватся под давлением 500 МПа.

12 8

it 5 в h/

Рис. 5.15. Зависимость пористости медной прессовки от числа циклов прессование - спекание при температуре спекания, С:

1- 1000; 2- 850; J- 700; 4- 550; 5 - 400; 6-250

В интервале температур 250 - 700 °С кривые уплотнения отличаются незначительно, поскольку заготовки уплотняются, главным образом, за счет давления. При более высокой температуре (850 и 1000 °С) значительная усадка происходит при первом спекании, а повторные циклы не дают заметного понижения пористости. При низких температурах спекания уже после трехкратной обработки объем пор в заготовках, спекаемых при 250 °С, меньше, чем в заготовках, спекаемых при 1000 °С. Увеличение числа циклов прессование - спекание свыше четырех практически не вызывает дальнейшего роста плотности. Аналогично этол€у предел прочности материала также практически прекращает рост после трех - четырех циклов. Твердость образцов, спеченных при температуре 850 - 1000 °С, почти не увеличивается при повторных обработках и по абсолютноА€у значению остается близкой к твердости литой меди. Наибольшее изменение твердости наблюдается при низких температурах спекания, особенно при первых трех циклах, причем порошковая медь может значительно превосходить по твердости литую.

Спеченные изделия после допрессовки без отжига имеют более высокую прочность, чем после отжига, хотя они менее пластичны. ПоэтоА€у, когда характеристики пластичности не имеют существенного значения, операция изготовления изделий может заканчиваться допрессовкой без второго спекания. Совмещая процесс допрессовки с калиброванием, можно получать изделия с размерной точностью по 7-му квалитету.