20756

Определение технологических свойств порошков

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Универсальная испытательная машина прессформа весы лабораторные волюмометр прибор для определения текучести порошка штангенциркуль секундомер порошки железа меди и нитрида алюминия. Форма частиц порошка: а губчатая б сферическая в осколочная всех частиц порошка взятых в единице объема или массы пик нометрическая плотность фактическая или истинная плотность частиц порошка и микротвердость. Насыпной плотностью ГОСТ 19440 74 порошка унас называется масса единицы объема порошка при свободной насыпке. Насыпная плотность...

Русский

2013-07-31

1.26 MB

60 чел.

Раздел 6. Порошковая металлургия

Лабораторная работа №29 Определение технологических свойств порошков

Цель работы: изучить технологические свойства металлических и керамических порошков и методы их определения.

Оборудование и материалы. Универсальная испытательная машина, прессформа, весы лабораторные, волюмометр, прибор для определения текучести порошка, штангенциркуль, секундомер, порошки железа, меди и нитрида алюминия.

Общие сведения

Порошки различных металлов, сплавов, тугоплавких металлических и неметаллических соединений (карбиды и нитриды бора, кремния, оксиды и нитриды алюминия и др.) являются исходным сырьем для изготовления деталей методами порошковой металлургии. Знание свойств порошков необходимо при разработке технологического процесса производства деталей, особенно в условиях автоматизированного производства.

Порошки характеризуются химическими, физическими и технологическими свойствами. К химическим относятся: содержание основного металла, примесей, различных загрязнений и газов. Физическими свойствами являются форма и размер частиц, гранулометрический состав (распределение частиц по крупности, выраженное в процентах), удельная поверхность (суммарная поверхность

 

Рис.6,1. Форма частиц порошка:

а — губчатая, б — сферическая,

 в — осколочная

всех частиц порошка, взятых в единице объема или массы), пик- нометрическая плотность (фактическая или истинная плотность частиц порошка) и микротвердость. Под технологическими свойствами понимаются насыпная плотность, текучесть и прессуе- мость.

Насыпной плотностью (ГОСТ 19440- 74) порошка унас называется масса единицы объема порошка при свободной насыпке. Насыпная плотность выражает способность частиц порошка к укладке и зависит от плотности металла (сплава) и фактического заполнения порошком определенного объема. Плотность укладки частиц порошка в объеме определяется их размерами, формой (рис.6.1) и удельной поверхностью.

Согласно ГОСТ насыпная плотность определяется с помощью специального прибора— волюмометра (рис.6.2), при одинаковых условиях засыпки. Засыпка порошка в волюмометра ведется через большую приемную воронку 1. Из малой воронки 2 частицы порошка попадают на систему пластин 3, расположенных под углом 30° к вертикали. С последней пластины частицы порошка через воронку 4 ссыпаются в мерный стакан 5 объемом 25 см3. Стакан заполняется порошком до верха с некоторым избытком, который снимается пластиной до уровня стенок, после чего стакан взвешивают с точностью до 0,05 г. Зная массу порошка и внутренний объем стакана, находят насыпную плотность порошка, г/см,!

γнас1 –т2/V,

где т2— масса стакана, т1— масса стакана с порошком, г; V—объем стакана, см3.

При конструировании пресс-форм большое значение имеет насыпной объем Vнac, т.е. удельный объем порошка при свободной насыпке. Определяется он расчетным путем:

Vнac=1/ γнас

и измеряется в см3/г.

Другими характеристиками порошка являются объем утряски и плотность утряски, которые устанавливают способность порошка к уплотнению после засыпки его в пресс-форму.

' Рис.6.2. Волюмометр: 1 — большая

Приемная воронка; 2 — малая воронка;

3 — пластина; 4 — нижняя воронка;

5 — мерный стаканчик

Объем утряски определяется путем утряски определенного количества порошка и отсчета этого объема в делениях мензурки. Для этой цели порцию порошка помещают в мензурку с небольшим поперечным сечением и постукивают ею о стол до прекращения видимой на глаз усадки. Обозначив- массу порошка через т, а отсчитанный объем через V, получим объем утряски:

V утр=V/m

Величина, обратная объему утряски, называется плотностью утряски и определяется по формуле

dутр =1/ V утр

Плотность утряски на 20-50 % больше насыпной плотности, объем утряски соответственно меньше. Знание насыпной плотности необходимо при конструировании прессформ, ( от насыпной плотности порошка зависит высота прессформ), а также в практике прессования ее следует учитывать в случае дозировки порошка объемным методом. С насыпной плотностью тесно связана усадка при спекании: чем меньше насыпная плотность, тем больше усадка. В табл.6.1. приведены некоторые свойства порошков.

Таблица 6.1

Свойства металлических порошков

Текучестью порошка (ГОСТ 9849-74) называется его способность заполнять объем определенной формы. Текучесть зависит от плотности порошков, их гранулометрического состава, формы, состояния поверхности частиц и т.д.

Факторами, влияющими на текучесть порошков, являются трение и зацепление частиц друг о друга, затрудняющие их перемещение. Она понижается при уменьшении размеров частиц, увеличении их удельной поверхности, шероховатости, наличии влаги. Оксидная пленка улучшает текучесть, так как снижает коэффициент трения и, сглаживая рельеф, уменьшает удельную поверхность.

Текучесть порошка определяется скоростью его истечения через выходное отверстие носика воронки 1 диаметром 2,5 мм (рис.6.3). Для этой цели просушенная навеска порошка массой 50 г насыпается в воронку с углом конуса 60° и носиком, срезанным под прямым углом на расстоянии 3 мм от конуса воронки. Перед засыпкой порошка выходное отверстие воронки закрывается заглушкой. Снизу подставляется цилиндр-уловитель 2. После наполнения воронки порошком открывают носик воронки и одновременно включают секундомер.

Текучесть порошка υт выражается отношением навески т ко времени истечения t:

υт=m/t

и измеряется в г/с.

Текучесть порошка важна для осуществления быстрой и непрерывной подачи навески в прессформу и хорошего заполнения ее объема. Особенно важную роль играет текучесть при автоматическом прессовании, когда скорость заполнения прессформы (объемная дозировка) ограничивает производительность процесса.

Для порошков с низкой и нулевой текучестью (например, Al 2O 3 с размером частиц менее 40 мкм) опр^дечнют угол естественного откоса, который пред ставляет собой угол, образованный поверхностью конуса свободно насыпанного порошка и горизонтальной плоскостью в его основании (рис.6.4). Он характеризует равновесное состояние порошка при отсутствии воздействия на него внешних сил. Для большинства порошков угол откоса находится в пределах 25-70°. Он уменьшается с ростом текучести порошков. Значение угла естественного откоса минимально для порошков со сферической формой частиц.

Прессуемостыо порошка (ГОСТ-2528()- 82) называется его способность под давлением сжимающих усилий образовывать прессовку (заготовку) заданной формы с максимально допустимой плотностью. Прессуемость определяется двумя технологическими характеристиками: уплотняемостью   способностью порошка к

обжатию и уплотнению в процессе прессования и формуемостью — способностью порошка сохранять заданную форму при определенных значениях плотности.

Хорошая уплотняемость порошков облегчает процесс прессования, таге как требуется меньшее давление для дости-

Рис.6.3. Прибор для определения текучести порошков: 1 — воронка; 2 — цилиндр-уловитель

Рие.6.4. Прибор для определения угла   естественного откоса:

1-воронка; 2- заслонка;

жения заданной плотности. При хорошей формуемости получаются более прочные, неосыпающиеся заготовки.

Существенное влияние на прессуемость порошков оказывают размеры и форма частиц. Чем меньше частицы и чем более развита их поверхность, тем хуже их уплотняемость. Однако прочность прессовок из мелких порошков, особенно при развитой их поверхности, оказывается более высокой, чем прочность прессовок, изготовленных из крупного порошка. Порошки правильной формы с гладкой поверхностью частиц имеют хорошую уплотняемость, но не обеспечивают хорошей формуемости и достаточной прочности. Порошки, состоящие из разных по размерам частиц, обладают высокой насыпной плотностью и обеспечивают максимальную прочность прессовок. Оптимальное соотношение между мелкими и крупными частицами определяется расчетным или опытным путем. На прессуемость порошков оказывает влияние твердость частиц. Чем выше твердость порошков, тем большее давление прессования требуется.

Характеристикой уплотняемости порошков является диаграмма прессования, построенная в координатах "плотность — давление прессования" (рис.6.5).

Для построения диаграммы прессования в прессформу с внутренним диаметром матрицы 11,29 мм, засыпают навеску порошка в количестве 7,8 г ( с точностью до 0,02 г) и прессуют его при заданных давлениях (200, 400, 700 МПа) на машине с записью диаграммы. Давление прессования р определяют как отношение нагрузки (Р), приложенной к верхнему пуансону, к площади поперечного сечения прессовки (F): р = P/F.

Рис.6.5. Диаграмма прессования

Нагрузка или усилие прессования, контролируется по шкале испытательной машины.

Для определения плотности спрессованного брикета измеряют с помощью штангенциркуля его размеры, находят объем и массу. Плотность брикета составляет

γ = m/V,

 а относительная плотность, %

υ=γ/γк ·100,

где m — масса спрессованного брикета, г; V — объем брикета, см3; γк — плотность материала порошка, г/см3 (табл.6.1).

На кривой прессования (рис.6.5) можно выделить три участка, соответствующие трем стадиям процесса прессования.

На первой стадии (участок I) уплотнение происходит главным образом за счет перераспределения частиц и их более плотной упаковки; на второй стадии (участок II) наблюдается упругая деформация сжатого порошка, а на третьей стадии (участок III) уплотнение происходит за счет пластической деформации или хрупкого разрушения частиц (в зависимости от свойств прессуемых порошков). Для большинства порошков вторая стадия очень мала и практически почти не обнаруживается, а стадии первая и третья перекрываются, т.е. пластическая деформация частиц начинается раньше, чем заканчивается их перераспределение и упаковка.

Формуемостъ порошка характеризуется интервалом плотности, ограниченным значениями минимальной и максимальной плотностей, при котором прессовка не имеет разрушений после извлечения из пресс-формы.

Формуемость порошка определяется формой, размерами и структурой частиц порошка. Наилучшей формуемостью обладают порошки с шероховатой поверхностью, наихудшей — с гладкой сферической поверхностью (см. рис.6.1). Из порошков с одинаковым состояние поверхности частиц лучшей формуемостью обладают более мелкие.

Формуемость порошка определяют на брикетах специальной формы (рис.6.6, а), обеспечивающей линейное распределение плотности по длине брикета, который получают в процессе прессования. Для испытания формуемости берут навеску порошка 20 г, взвешенную с точностью до 0,02 г, засыпают в прессформу и тщательно разравнивают поверхность засыпки. Затем производят прессование до упора без смазки рабочих поверхностей матрицы и пуансонов. После прессования брикет извлекают из прессформы

Рис.6.6. Образец для определения формуемости: а — форма и размеры брикета; б — диаграмма формуемости

и по делениям, отпечатанным на его основании, определяют длину той его части, грани которой четко выражены и не имеют трещин при рассмотрении под лупой с увеличением '2х. Пользуясь диаграммой для определения формуемости (рис.6.6, б), определяют величины минимальной и максимальной плотностей, при которых грани брикета не имеют сколов, трещин и следов осыпания.

Количественной характеристикой формуемости может служить прочность брикета. Брикет испытывают при сжатии на испытательной машине с низкой скоростью нагружения и определяют показатель формуемости:

ф = σсж

где σсж — предел прочности при сжатии, МПа; р — давление прессования, МПа.

Порядок проведения работы

1.Определить насыпную плотность, порошков различных материалов, для чего провести по три измерения для каждого порошка. Вычислить среднее значение и результаты внести в табл.6.2.

2.Определить текучесть тех же порошков для чего провести по пять измерений. Вычислить среднее значение и результаты внести в табл.6.2.

3.Определить угол естественного откоса порошка AI2O3 и результаты внести в табл.6.3.

4.Определить прессуемость порошков различных материалов. Для этого при давлениях 200, 400 и 700 МПа спрессовать образцы, используя навески порошка по 7,8 г. При каждом давлении прессовать по 3 образца.

5.Измерить объем брикетов и их массу, рассчитать плотность и результаты измерений и расчетов внести в табл.6.4.

6.Построить диаграммы прессования для исследуемых порошков.

7.Определить формуемость железного порошка. Для этого, используя прессформу для определения формуемости, произвести прессование порошка. По диаграмме (рис.6.6) определить минимальную и максимальную плотности, при которых грани брикета не имеют сколов, трещин и следов осыпания.

8.Используя образцы, полученные при определении прес- суемости, рассчитать количественную характеристику формуемости (показатель Ф). Результаты измерений внести в табл.6.5.

Таблица 6.2

Результаты измерений насыпной плотности и текучести порошков

Таблица 6.3

Результаты измерений угла естественного откоса

Таблица в.4

Результаты испытаний прессуемости порошков

Таблица 6.5

Результаты измерения формуемости порошков


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36511. Загальне рівняння для явищ переносу 184.28 KB
  Запишемо кількість молекул які налітають за одиницю часу на площадку із швидкостями у інтервалі і у межах полярних кутів . Тому записуючи кількість молекул ми додаємо ще два імовірнісні множники . Позначимо кількість величини що переноситься зліва направо через площадку тими молекулами які летять у межах кутів з відстані . Ця кількість буде визначатись добутком значення величини що переносить кожна молекула на кількість молекул : .
36512. Ергодична гіпотеза 175.19 KB
  3 Фазові перетворення ІІ роду. Поглянемо на класифікацію фазових перетворень І і ІІ роду не з точки зору наявності чи відсутності теплообміну а з точки зору стрибкоподібної зміни параметрів стану речовини. Фазові перетворення при яких перші похідні функції змінюються стрибкоподібно називаються фазовими перетвореннями І роду. Фазові перетворення при яких перші похідні функції залишаються неперервними а другі похідні тієї ж функції змінюються стрибкоподібно називаються фазовими перетвореннями ІІ роду.
36513. Закон зростання ентропії. Обчислення зміни ентропії при різних процесах 162.99 KB
  Обчислення зміни ентропії при різних процесах Якщо термодинамічна система адіабатно ізольована то і зміна ентропії у результаті протікання оборотних процесів а під час необоротних процесів які власне тільки і існують у природі як показує досвід і теорія ентропія зростає. Рівність має місце лише для оборотних процесів за означенням ентропії. Властивість зростати притаманна ентропії так само як енергії – зберігатись.
36514. Об’єднана формула Максвелла-Больцмана розподілу молекул за швидкостями 177.18 KB
  Потенціальна енергія молекули залежить від її положення . Зміна потенціальної енергії спричиняє зміну і кінетичної енергії молекул оскільки . Але середня кінетична енергія не змінюється а отже не змінюється і температура газу оскільки вона є мірою кінетичної енергії молекул газу.
36515. Броунівський рух. Теорія Ейнштейна-Смолуховського. Дослід Перена по визначенню числа Авогадро 244.82 KB
  Запишемо рівняння руху такої частинки де нескомпенсована результуюча сила дії з боку молекул середовища яка примушує броунівську частинку рухатись у певному напрямку; сила тертя зумовлена в’язкістю середовища. У проекції на вісь рівняння руху броунівської частинки набуває вигляду . Розв’язок рівняння її руху може нам дати координату руху але хаотичний рух вимагає усереднення за довгий проміжок часу. Давайте використаємо дві очевидні тотожності : і підставимо їх у...
36516. Теплове ковзання. Радіометричний ефект. Радіометричний манометр 207.96 KB
  Капиллярногравитационными волнами называются волны распространяющиеся по поверхности жидкости под действием сил поверхностного натяжения и силы тяжести. рассмотрим случай когда глубина жидкости значительно больше длины волны. Это можно сделать очень просто если воспользоваться следующим результатом вытекающим из уравнений гидродинамики несжимаемой жидкости. В плоской бегущей синусоидальной волне малой амплитуды каждая частица жидкости движется по окружности расположенной в вертикальной плоскости проходящей через направление...
36517. Самодифузія. Коефіцієнт самодифузії, його залежність від тиску і температури 284.09 KB
  Цикл Карно і його к. Теореми Карно. У циклі Карно задача якомога спрощена. Цикл Карно виглядає наступним чином.
36518. В’язкість (внутрішнє тертя). Коефіцієнт в’язкості, його залежність від тиску і температури. Методи визначення коефіцієнту в’язкості. В’язкісний манометр 163.66 KB
  Коефіцієнт в’язкості його залежність від тиску і температури. Методи визначення коефіцієнту в’язкості. Коефіцієнтом пропорційності у цьому рівнянні є величина яка має назву коефіцієнта динамічної в’язкості або коефіцієнта внутрішнього тертя. За одиницю динамічної в’язкості у системі СІ приймається коефіцієнт в’язкості такої речовини у якій за одиницю часу при градієнті швидкості рівному 1 с1 через площадку площею 1 м2 переноситься імпульс рівний 1 кгм с.
36519. Обертальний броунівський рух 201.25 KB
  Залежна від цих змінних внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом або характеристичною функцією. Зауважте внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом лише коли вона залежить від ентропії і температури . Коли внутрішня енергія залежить від інших змінних вона не буде термодинамічним потенціалом. Для адіабатного ізохорного процесу внутрішня енергія .