Министерство науки и образования Украины

Запорожская государственная инженерная академия

Кафедра металлургии черных металлов

Реферат

«Теория и технология порошковой металлургии»

на тему:

«Формование порошков»
Выполнила: ст гр. Пранкевич У.В

МЧ-07-1д

Проверил : Скачков В.А.

Запорожье, 2011

Содержание

1. Формование порошков…………………………………………………….3

а) Подготовка металлических порошков к формованию…3

б) Уплотнение порошков в пресс-форме…………………..6

Литература ……………………………………………………………………16
Формование порошков

В самом общем виде формование металлического порошка представляет собой технологическую операцию, в результате которой образуется порошковая формовка т.е. тело с заданными формой, размерами и плотностью. Уплотнение порошка обеспечивают прессованием в металлических пресс-формах или в эластичных оболочках, шликерным формованием, прокаткой и другими методами.

Формование более чем любая другая операция лимитирует технологические возможности порошковой металлургии. Сложность происходящих при этом явлений делает необходимым проведение специальных мероприятий по подготовке порошка к последующему уплотнению.

Подготовка металлических порошков к формованию

Прежде чем готовить из порошка изделие, необходимо провести специальные операции для придания порошку определенных физических, химических и технологических характеристик, обеспечивающих выпуск продукции с нужными конечными свойствами. Такими основными операциями являются отжиг, рассев и смешивание.

Отжиг необходим для повышения пластичности порошков. Здесь снимается наклеп (искажение кристаллической решетки металла в приповерхностных слоях частиц) и восстановление оксидов. Нагрев осуществляют в защитной среде (восстановительная, инертная или вакуум) при температуре порядка 0,4-0,6 Т_пл, металла порошка. Наиболее часто отжигу подвергают порошки, полученные измельчением механическим путем, электролизом или разложением карбонилов, т.к. они содержат значительное количество оксидов, растворенных газов и наиболее наклепаны. Порошки отжигают преимущественно в проходных печах, подобных печам для восстановления и спекания. Для более тщательной очистки порошков от различных примесей часто используют атмосферы с галогенсодержащими добавками.

Под классификацией понимают разделение порошков по величине частиц на фракции, используемые затем либо непосредственно для формования, либо для составления смеси, содержащей требуемый процент частиц нужного размера.

Чаще всего в практике порошковой металлургии используют ситовую класси­фикацию порошков. Для ее проведения используют различные типы сит. Сетки делают из бронзовой или латунной проволок. При этом используют многодечные механические вибросита.

Приготовление смесей заключается в получении однородной механической смеси из порошков различного химического и (или) гранулометрического состава, а также их смеси с неметаллическими порошками. Задача смешивания -превращение совокупности частиц твердых компонентов при их начальном произвольном распределении между собой в макрооднородную смесь. Скорость и результат смешивания во многом определяются формой и размерами частиц, числом смешиваемых компонентов и соотношением их количеств, плотностями компонентов и их различием, способностью частиц к слипанию и агрегации.

Эффективность смешивания и его интенсивность зависят от конструкции смесителя, в частности, определяющей скорость и траектории перемещения частиц. Излишнее время смешивания с точки зрения равномерности распределения компонентов бесполезно, но может быть вредным из-за доизмельчения или реакций между компонентами. Обычно за т принимают такое время, при котором > 95% проб содержат определяемый компонент в заданном количестве.

При смешивании большого количества одного компонента с малым количеством другого вероятность достижения равномерного распределения компонентов в объеме смеси уменьшается, поэтому рационально применять многоступенчатое смешивание. Наиболее распространенным является механическое смешивание компонентов в шаровых мельницах (идентичных размольным) и смесителях различных типов (когда нежелательно измельчение): со смещенной осью («пьяная» бочка), шнековые и лопастные, центробежные, планетарные ,периодического или непрерывного действия.

При смешивании компонентов с резко различающимися плотностями прибегают к особым приемам, улучшающим процесс. Так, например, применяют раздельную загрузку компонентов по частям, перемешивая сначала более легкие с каким-либо более тяжелым, а затем к такой смеси прибавляют остальные компоненты. При смешивании малых количеств жидкости с большим объемом твердого вещества ее подают малыми порциями, а не всю сразу.

В некоторых случаях, например, при получении дисперсноупрочненных материалов, применяют химический метод смешивания - импрегнирование из растворов: смешивают растворы солей соответствующих металлов, а затем кристаллизуют эти соли упариванием объединенного раствора, осаждают из раствора на поверхности частиц основного компонента соль металла-добавки. Такое смешивание обеспечивает высокую равномерность распределения компонентов.
Уплотнение порошков в пресс-форме

Прессование (формование) в практике порошковой металлургии представляет собой процесс, в результате которого порошковое тело приобретает заданную форму и размеры, а также прочностные свойства, необходимые для дальнейшей манипуляции с ним при транспортировке, обработке и спекании. Это наиболее ответственная операция. Сущность прессования заключается в том, что порошок по одному из вариантов помещается в пресс-форму или оболочку и подвергается внешнему воздействию давлением.

Превращение сыпучего порошкового тела в компактное, обладающее опреде­ленными прочностными свойствами, происходит за счет схватывания, прилипания, механического зацепления или склеивания частиц порошка друг с другом за счет связующего (если оно вводится).

При этом в процессе уплотнения происходит превращение точечного контакта между частицами в стадии свободной засыпки в контактную поверхность разной величины в зависимости от степени уплотнения порошка.

Процесс уплотнения порошков может быть условно разделен на три стадии.

На первой стадии уплотнения порошка происходит структурная деформация: разрушение арок и мостиков, образующихся при свободной засыпке порошка и заполнение пустот. Этот процесс сопровождается относительным перемещением частиц и более плотной их укладкой без заметной деформации.


а -свободная насыпка материала; б -заполнение пустот частицами материала


Последовательные стадии (1-3) прессования порошков пластичных металлов

После укладки частиц до более плотной упаковки начинается вторая стадия уплотнения. Она сопровождается упругой и пластической деформацией или хрупким разрушением частиц. Деформация вначале локализуется у контактных участков. При этом пластической деформации или хрупкому разрушению пред­шествует упругая деформация. Снятие нагрузки в пределах упругой деформации может привести к расширению деформированных объемов частиц в случае незначительных сил трения между порошком и стенками пресс-формы и между частицами порошка. На этой стадии уплотнение будет иметь место только при достижении на контактных участках напряжений, превышающих предел текучести (для пластичных материалов) и предел прочности (для хрупких).

При достижении на контактных участках напряжений, превышающих предел текучести уплотняемого материала, начинается их пластическая деформация, сопровождающаяся увеличением контактной поверхности. Когда пластической Деформации будет подвергнут весь материал дальнейшее уплотнение будет сопровождаться деформацией упрочненного материала, что также требует больших внешних усилий. Уменьшение темпа роста плотности с увеличением давления связано не только упрочнением уплотняемого материала, но и увеличе­нием контактной поверхности, сил сцепления между частицами, что затрудняет их взаимное перемещение.

После 100% уплотнения начинается третий этап - обжатие компактного материала. В реальных условиях при уплотнении порошковых материалов этот этап не проводят.

Если подвергнуть прессованию засыпанные в цилиндрическую пресс-форму одинаковые по массе и высоте слои порошка, разделенными прокладками из тонкой фольги, то после уплотнения эти слои будут различаться по толщине и форме. По вертикали в направлении от места приложения давления каждый верхний слой будет тоньше. Частицы у внутренней полости матрицы пресс-формы продвинутся на меньшее расстояние, чем в центре брикета. Неоднородность обусловлена затратой части усилия прессования на преодоление внешнего трения частиц порошка о контактирующие с ними поверхности элементов пресс-формы (стенок матрицы и торцевые поверхности пуансонов).


Для получения более равномерной плотности по различным сечениям применяют смазки (стеариновую кислоту и ее сопи, олеиновую кислоту, поливиниловый спирт, парафин, глицерин и др.), уменьшающие внутреннее трение и трение на стенках инструмента. Смазку обычно добавляют - в порошок, что обеспечивает наилучшие производственные показатели.

При выталкивании изделия из прессформы из-за упругого увеличения ее поперечных размеров, размеры изделия несколько превышают размеры поперечного сечения матрицы. Величина изменения размеров зависит от величины зерен и материала порошка, формы и состояния поверхности частиц, содержания окислов, механических свойств материала, давления прессования, смазки, материала матрицы и пуансона и других параметров. В направлении действия прессующего усилия изменения размеров больше, чем в поперечном направлении.
Прессование сложных изделий, т.е. изделий с неодинаковыми размерами в направлении прессования, связано с трудностями обеспечения равномерной плотности спрессованного изделия в различных сечениях. Эту задачу решают путем применения нескольких пуансонов, через которые прикладывают к порошку различные усилия (рис.6). Иногда при изготовлении изделий сложной формы предварительно прессуют заготовку, а затем придают ей окончательную форму при повторном обжатии - прессовании и спекании.


Рис.9 Схема прессования в пресс-форме сложного изделия: 1- пуансон, 2-пуансон, 3-матрица, 4- нижний пуансон.

При прессовании кроме стальных пресс-форм - основного инструмента производства используют гидравлические универсальные или механические прессы. Для прессования сложных изделий используют специальные многоплунжерные прессовые установки.

Давление прессования зависит в основном от требуемой плотности изделий, вида порошка и метода его производства. Давление прессования зависит в основном от требуемой плотности изделий, виде порошка и метода его производства. Давление прессования в этом случае может составлять (3...5) Gт пределов текучести материала порошка.

Изостатическое прессование - это прессование в эластичной оболочке под действием всестороннего сжатия. Если сжимающее усилие создается жидкостью- прессование называют гидростатическим. При гидростатическом прессовании порошок засыпают в резиновую оболочку и затем помещают ее после вакуумирования и герметизации в сосуд, в котором поднимают давление до требуемой величины. Из-за практического отсутствия трения между оболочкой и порошком спрессованное изделие получают с равномерной плотностью по всем сечениям, а давление прессования в этом случае меньше, чем при прессовании в стальных пресс-формах. Перед прессованием порошок подвергают виброуплотнению. Гидростатическим прессованием получки? цилиндры, трубы, шары, тигли и другие изделия сложной формы. Этот способ выполняют в специальных установках для гидростатического прессования.

Недостатком гидростатического прессования является невозможность получения прессованных деталей с заданными размерами и необходимость механической обработки при изготовлении изделий точной формы и размеров, а также малая производительность процесса.

Прокатка порошков заключается в захвате и подаче в зазор под действием сил трения вращающихся валков порошка и сжатии порошка (рис.7). При этом получают равномерно спрессованное изделие больной длины с прочностью достаточной для транспортировки на следующую операцию – спекание. Прокатку проводят в вертикальной и горизонтальной плоскостях, периодически и непрерывно.


Рис. 7 Схема прокатки: а- компактного металла, б-д - порошка, в- вертикальная, г- горизонтальная с гравитационной подачей порошка, д- горизонтальная с принудительной подачей порошка;

Толщина и плотность заготовки зависят от химического и гранулометрического состава порошка, формы частиц, конструкции бункера, давления порожка на валки, состояния поверхности валков и скорости их вращения и других факторов.

Мундштучное прессование - это формование заготовок из смеси порошка с пластификатором путем продавливания ее через отверстие в матрице. В качестве пластификатора применяют парафин, крахмал, поливиниловый спирт, бакелит. Этим методом получают трубы, прутки, уголки и другие изделия большой длины. Схема процесс представлена на рис. 11.

Рис.11 Схема мунштучного прессования.
При прессовании труб в обойме 1 с мундштуком 2 переменного сечения устанавливают иглустержень 3, закрепляемую в звездочке 4. Над обоймой находится матрица и, соединенная с обоймой гайкой 5. Из матрицы выдавливание пластифицированной смеси производится пуансоном 7. Допустимое обжатие
k=(F-f)/f*100%
должно быть более 90%;

здесь F и f - площади поперечного сечения матрицы и изделия.

Обычно мундштучное прессование выполняют при подогреве материала изделия и в этом случае обычно не используют пластификатор; порошки алюминия и его сплавов прессуют при 400...900 ⁰C, меди - 800...900⁰С, никеля - 1000...1200 ⁰С, стали - 1050...1250 ⁰С. Для предупреждения окисления при горячей обработке применяют защитные среды (инертные газы, вакуум) или прессование в защитных оболочках (стеклянных, графитовых, металлических - медных, латунных, медно-железной фольге). После прессования оболочки удаляют механическим путем или травлением в растворах, инертных спрессованнному металлу.

Шликерное формование - представляет собой процесс заливки шликера в пористую форму с последующей сушкой. Шликер в этом случае - это однородная концентрированная взвесь порошка металла в жидкости. Шликер приготовляют из порошков с размером частиц I... 2 мкм (реже до 5...10 мкм) и жидкости - воды, спирта, четырех- хлористого водорода. Взвесь порошка однородна и устойчива в течение длительного времени. Форму для ликерного литья изготовляют из гипса, нержавеющей стали, спеченного стеклянного порошка. Формирование изделия после заливки формы взвесью порошка заключается в направленном осаждении твердых частиц на стенках формы под действием направленных к ним потоков взвеси (порошка в жидкости). Эти потоки возникают в результате впитывая жидкости в поры гипсовой формы под действием вакуума или центробежных сил, создающих давление в несколько мегапаскалей. Время наращивания оболочки определяется ее толщиной и составляет 1...60 мин. После удаления изделия из формы его сушат при 110...150⁰С на воздухе, в сушильных шкафах.

Плотность изделия достигает 60%, связь частиц обусловлена механическим зацеплением. Этим способом изготовляют трубы, сосуды и изделия сданной формы.

Динамическое прессование - это процесс прессования с использованием импульсных нагрузок. Процесс имеет ряд преимуществ: уменьшаются расходы на инструмент, уменьшается упругая деформация, увеличивается плотность изделий. Отличительной чертой процесса является скорость приложения нагрузки. Источником энергии являются: взрыв заряда взрывчатого вещества, энергия электрического разряда в жидкости, импульсное магнитное поле, сжатый газ, вибрация. В зависимости от источника энергии прессование называют взрывным, электрогидравлическим, электромагнитным, пневмомеханическим и вибрационным. Установлено значительное выделение тепла в контактных участках частичек, облегчающее процесс их деформирования и обеспечивающее большее уплотнение, чем при статическом (обычном) прессовании. Уплотнение порошка под воздействием вибрации происходит в первые 3-30 с. Наиболее эффективно использование вибрации при прессовании порошков непластичных и хрупких материалов. С применением виброуплотнения удается получить равноплотные изделия с отношением высоты к диаметру 4...5:1 и более.

Литература
1.Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. М. Металлургия 1978 .184с.

2.Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении. М.Машиностроение. 1973.126с.

3.Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М. Металлургия, 1975. 200с.