6994

Некоторые новые специфические методы порошковой металлургии

Реферат

Производство и промышленные технологии

Введение В связи с возникновением в последние годы порошковой металлургии титана, жаропрочных сплавов на никелевой основе и на основе таких тугоплавких металлов, как хром, вольфрам и молибден, появился и ряд новых задач в области создания новых пром...

Русский

2013-01-11

339 KB

27 чел.

Введение

В связи с возникновением в последние годы порошковой металлургии титана, жаропрочных сплавов на никелевой основе и на основе таких тугоплавких металлов, как хром, вольфрам и молибден, появился и ряд новых задач в области создания новых промышленных методов получения порошков и их компактирования.

Многочисленные работы, выполненные в этом направлении в бывшем СССР, США, Швеции и некоторых других странах, привели к созданию ряда новых способов, применение которых позволило достичь значительного прогресса в развитии порошковой металлургии титана, жаропрочных сплавов на никелевой основе и таких тугоплавких металлов, как хром и вольфрам. К этим новым видам технологии относятся получение порошков сплавов путем распыления жидкого металла при помощи нейтрального газа, получение порошков жаропрочных и других сплавов распылением быстровращающихся электродов из этих сплавов с помощью электродуги или плазмы в среде гелия, газостатическое формование порошков, формование порошков взрывом, шликерное литье, горячая экструзия порошков.

В связи с развитием порошковой металлургии титана особый интерес приобрела технология изготовления заготовок и готовых деталей методам вакуумного горячего прессования. Хотя этот метод, как технологический прием, известен уже довольно давно, однако теоретические основы начали разрабатывать только в последнее время.

1. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ РАСПЫЛЕНИЕМ РАСПЛАВОВ

Сущность метода заключается в следующем. Расплавленный в вакууме, на воздухе или в среде защитного газа металл поступает в форсунку специальной конструкции и при вытекании из нее подвергается воздействию жидкости или газа под большим давлением, при первом варианте вытекающая струя, кроме того, подвергается механическим ударам лопаток, которые размещены на быстровращающемся металлическом диске.

Такие показатели, как степень дисперсности порошка, производительность процесса, выход годного, качество порошка зависят от многих факторов, связанных с] конструкцией установки, и от режимов процесса — температуры, скорости вытекания струи и ее диаметра и ряда других факторов.

Этот метод применяют для получения порошков многих материалов, в том числе и таких, как железо, бронза, латунь, углеродистая сталь, различные легированные стали, жаропрочные сплавы на никелевой основе и ряд других металлов. В применении к железному порошку метод получил применение еще в пятидесятых годах, однако особенно большое внимание ему уделяется в последнее время в Швеции, США, Бельгии и в некоторых других странах.

В основе этой технологии лежат определенные физико-химические явления и процессы, теория которых разработана в настоящее время достаточно глубоко. Рассмотрим основные положения этой теории.

В настоящее время установлена вполне определенная связь структуры ближнего порядка расплава со структурой того же вещества, которую оно имеет в твердом состоянии. В процессе плавления происходит нарушение связи дальнего порядка и разрушение кристаллической решетки, а ближний порядок сохраняется. Вопрос о связи координации атомов жидкости со структурой твердого тела выяснен недостаточно и остается в значительной мере дискуссионным.

Современные экспериментальные данные показывают, что в процессе плавления координация атомов в жидкости сохраняется близкой к координации атомов в кристалле. Изменение координационного числа и межатомного расстояния происходит в соответствии с периодическим законом Менделеева.

Процесс распыления исследован довольно детально в применении к жидкостям ньютоновского типа, т. е. к таким, у которых вязкость остается постоянной при различных температурах (бензин, керосин, спирт и др).

Металлические жидкости можно рассматривать как ньютоновские вплоть до состояния, характеризуемого образованием центров кристаллизации и взвешенных кристаллов. Одним из важных особенностей металлических жидкостей является то обстоятельство, что изменение свойств с температурой у металлических жидкостей в процессе разрушения проявляется значительно резче, чем у типично ньютоновских жидкостей.

 Однако металлические жидкости, находящиеся в перегретом состоянии, т. е. в таком, в котором и происходит обычно распыление, можно рассматривать как типично ньютоновские. В этом случае взаимодействие струи вытекающего металла с распыляющим газовым потоком можно описать следующим уравнением:

 (1)

где   — средний размер частиц;

De — диаметр струи;

We — критерий Вебера, характеризующий отношение сил трения поверхностного натяжения;

Lp — критерий Лапласа, характеризующий отношение сил поверхностного натяжения и сил вязкости жидкости;

М — критерий, характеризующий отношение плотности газа и жидкости;

N — критерий, характеризующий отношение вязкости газа и жидкости.

Указанные критерии определяются следующими формулами:

(2)

          (3)

           (4)

             (5)

где  — диаметр струи;

  — поверхностное натяжение;

 — вязкость жидкости;

— среднее число атомов в единице объема жидкос-

ти;

— среднее число атомов в единице объема газа;

— вязкость газа;

с — скорость газового потока; с1 — скорость вытекания жидкости.

Схема разрушения струи металлической жидкоети газовым потоком показана на рис. 1:

Ряс. 1. Схема разрушения струи расплавленного металла при различной скорости газового потока, м/с: а — до 5; б — 5—25; в — 26—l00; г — > 120

В результате воздействия газового потока на струю вытекающего метала, происходит разрушение струи, ее дробление на капли, которые далее застывают и образуют частички порошка. Процесс расчленения металлической струи происходит в четыре основные стадии: возмущения, распыления на пряди, распадения прядей на отдельные капли, формирования частиц. Этот процесс начинается обычно на расстоянии более 0,5 м от выпускного отверстия. Это расстояние зависит в основном от скорости истечения, причем оно тем меньше, чем выше скорость. Практически скорость не превышает 2 м/сек.  Под влиянием различных факторов (сил поверхностного натяжения, колебательного воздействия газового потока, вибраций самой установки и др.) струя вы текающего металла приобретает возмущенную форму.    Применяя гипотезу Релея к распаду струи металлической жидкости, можно определить диаметр первоначально образующейся капли:

где  радиус струи;

— диаметр первоначальной капли.

Большое значение при получении порошков распылением расплавов имеет форма образующихся частиц. В зависимости от условий получения порошков его частицы могут иметь либо сферическую, либо осколочную

форму.

Если путь эвакуируемых частиц из активной зоны распыливания до зоны охлаждения недостаточен, то жидкие дисперсные чистицы не приобретают сферической формы под действием сил поверхностного натяжения, фиксируются в деформированном состоянии и приобретают осколочную форму.

На дисперсность порошков, получаемых распылением расплавов, оказывают существенное влияние многие факторы и в том числе такие, как диаметр струи расплава, температура, давление распыливающего газа. Порошок получается тем более дисперсным, чем меньше диаметр струи, выше температура перегрева металла и выше давление газа.

Существенную роль играет взаимодействие распыляемого металла с газом, так как растворение газов в металле может отрицательно влиять на качество получаемого порошка. Поскольку метод получения порошков распылением имеет большое значение для жаропрочных никелевых сплавов, то этот вопрос будет рассмотрен в главе, посвященной порошковой металлургии жаропрочных сплавов.

Время соприкосновения расплавленного металла с газовой средой необходимо свести до минимума, поэтому в современных установках расплавление металла и его заливка в распыливающее устройство производятся под вакуумом. Одним из наиболее подходящих газов для распыления является технически чистый аргон. Так как расход газа на распыление в промышленных процессах достаточно большой, то в современных промышленных установках применяется рециркуляция газа.

2. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ РАСПЫЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОДОВ

Этот метод основан на том, что металлический электрод из материала, порошок которого необходимо получить, подвергают воздействию электрической дуги при вращении со скоростью до 15 тыс. об/мин. Процесс осуществляется в атмосфере гелия.

Распыление протекает путем отделения частиц от электрода и их застывания. Частицы после застывания имеют правильную сферическую форму. Процесс образования этих частиц аналогичен процессу, наблюдаемому при застывании слитка. Однако между ними имеется и существенная разница, обусловливаемая размерами частиц, которые в данном случае играют роль микрослитков. Скорость кристаллизации в таких частицах очень велика, и это обусловливает особенности свойств получаемого порошка.

Эти особенности заключаются в том, что частицы та-коопо порошка обладают очень большой дисперсностью и упрочняющие фазы, выпадающие из твердого раствора, образуют тонкие прослойки вокруг зерен матрицы.

Такая особенность структуры приводит к тому, что порошки этого типа практически не поддаются формированию в холодном состоянии, но зато при горячем формовании (например, методом горячей экструзии) не только хорошо компактируются, но при малых скоростях деформации проявляют даже сверхпластичность, обусловливаемую ползучестью основной матрицы. Это явление исчезает при больших скоростях нагружения, так как начинает действовать дислокационный механизм деформации в отличие от вакансионно-диффузионного механизма при малых скоростях деформации.

Другой особенностью порошков, полученных указанным методом, является то, что поверхность частиц получается очень чистой и свободной от газов, а структура частиц при этом характерна для структуры закаленного состояния.

3. ГАЗОСТАТИЧЕСКОЕ ФОРМОВАНИЕ

Этот метод весьма прогрессивен и применяется сравнительно недавно. Впервые он был разработан и внедрен в Швеции, где и получил наиболее широкое развитие за последние годы. Сущность его в том, что порошок или предварительно сформированный на холоду брикет помещают в металлическую оболочку, из которой эвакуируют воздух; оболочку после этого заваривают. Далее оболочку с порошком или брикетом подвергают одновременному нагреву и сжатию газом (обычно аргоном). Современные газостаты позволяют осуществлять процесс при температуре до 1500°С и при давлении до 3000 ат.

Этот процесс обеспечивает возможность получения компактных материалов с теоретической плотностью, причем при температурах более низких, чем при обычном спекании. Шведская фирма ASEA изготавливает различные типы газостатов, в настоящее время в процессе создания и изготовления находится пресс, на котором можно будет формовать изделия более 0,6 м в диаметре и около 2,5 м длиной. Газостатическое формование протекает в условиях, когда формуемый материал при повышенной температуре обладает относительно высокими показателями текучести.

Полученные методом газостатического формования. заготовки могут быть далее подвергнуты соответствующей обработке давлением (прокатки на лист), экструзией (производство прутков), прессованием (производство труб) и др.

4. ГОРЯЧЕЕ ПРЕССОВАНИЕ

Горячее прессование, т.е. формование порошка в нагретом состоянии в прессформе, не получило по ряду причин пока широкого применения.. К числу недостат-ков этого метода относится его малая производительность, низкая стойкость прессформ, относительно большой расход электроэнергии. Однако в последние годы развитие получил метод вакуумного горячего прессования и это расширило его возможности, так как позволило значительно повысить стойкость графитовых прессформ и применить прессформы из металлических материалов (молибдена, жаропрочных сплавов на никелевой основе и др.). Вакуумное горячее прессование — перспективный метод для изготовления крупногабаритных деталей, например компрессорных колец, из титановых сплавов.

Нагрев при горячем прессовании можно осуществлять двумя способами — внешним обогревом прессформы (индукционным, печным или другими методами) и пропусканием электрического тока большой силы непосредственно через прессформу.

Первый вариант обеспечивает более равномерный нагрев. Основной особенностью горячего прессования является то обстоятельство, что давление, необходимое для получения компактного материала, при этом методе во много раз ниже, чем при холодном прессовании и последующем спекании, а также то, что этот процесс протекает в значительно более короткое Время, чем спекание. 

Механизм процесса уплотнения при горячем прессовании идентичен механизму процесса спекания, и разница между ними заключается в основном в скорости протекания процесса. При горячем прессовании, в зависимости от величины прилагаемого давления, температуры и физико-химического состояния порошков, спекание, т. е. образование компактного тела, происходит в основном за счет квазивязкого течения материала, вязкого течения и в результате пластической деформации.

Как уже отмечено выше, горячее прессование перспективно для производства различных изделий из титановых сплавов, однако промышленное применение этого метода требует создания вакуумного пресса непрерывного действия.

В Институте проблем материаловедения АН УССР разработана конструкция вакуумного пресса для горячего прессования, однако этот пресс является лабораторным и на нем нельзя производить крупные изделия. Принципиальная схема этого пресса показана на рис. 2.

Непрерывность процесса может быть обеспечена путем создания пресса, состоящего из трех камер — основной, в которой осуществляется процесс горячего прессования, и двух вспомогательных — подготовительной, в которой производится сборка прессформы, и разгрузочной, в которой происходит извлечение сформованного изделия, все три камеры связаны одной вакуумной системой.

Рис. 2. Схема пресса для горячего прессования:

1 — нагрузочное устройство; 2 —стойка; 3— крышка; 4 — корпус; 5 — патрубок; 6 — нагреватель; 7 — теплоизолирующие экраны; 8 — токопровод; 9 — крышка; 10 — резиновое уплотнение; 11—графитовая подставка; 12 — патрубок со смотровым стеклом; 13 — прессформа с брикетом; 14 — прессующая головка; 15— шток; 16 — уплотнение; 17 — сальник; 18 — поршень; 19 — манометр

5. ШЛИКЕРНОЕ ЛИТЬЕ

Шликерное формование широко применяют при изготовлении различных керамических изделий — стержней для отливки пустотелых лопаток, свечей, изоляторов и др. Шликерное литье в применении к металлическим порошкам пока не получило промышленного применения.

Впервые этот метод в применении к металлическим порошкам был предложен в 1933 г. в Германии. К шликерам, т. е. взвесям тонкого порошка в жидкой среде, предъявляют ряд требований, без удовлетворения которых качественное шликерное формование невозможно. Основные из этих требований — хорошая текучесть, малая скорость оседания твердых частиц (хорошая стабильность), хорошая заполняемость формы, достаточно высокая концентрация твердой составляющей в шликере. Кроме того, шликер не должен иметь склонность ни к тиксотропии ни к дилатексии. Под тиксотропией понимают способность шликера образовывать упрочненную структуру; проявляется тиксотропия, в частности, в том, что вязкость шликера растет во времени. Дилатексия проявляется в структурировании шликера при механическом воздействии на него и в повышении вязкости шликера.

На качество шликера оказывают влияние многие факторы, важнейшими из которых являются гидрофобность твердой фазы, дисперсность частиц, их форма, тип жидкой фазы и др.

Рассмотрим сущность и значение этих факторов. Под гидрофильностью понимается способность материала к смачиванию водой (угол омачивания меньше 90°); если материал порошка не смачивается водой, то он является гидрофобным (угол смачивания более 90°С). Величина угла смачивания определяется следующей формулой:

         (11)

где — поверхность натяжения на границе твердое тело — воздух;

— поверхностное натяжение на границе жидкость—воздух;

—поверхностное натяжение на границе твердое тело—жидкость.

Для получения хорошего устойчивого шликера необходимо, чтобы смачиваемость твердой фазы жидкой была хорошей.

Часто для улучшения смачиваемости применяют поверхностно активные вещества. Большое влияние на устойчивость шликера оказывает дисперсность частиц твердой фазы. От дисперсности частиц и их качества зависит степень заполнения ими объема шликера, между вязкостью шликера (), вязкостью жидкой фазы () и объемом, занимаемым твердыми частицами шликера, существует зависимость, которая может быть выражена следующим уравнением Энштейна:

        (12)

Если частицы твердой фазы очень мелкие и имеют размер коллоидных, то это уравнение практически неприменимо, так как на твердые частицы начинают оказывать заметное влияние различные молекулярные, ион! ные и другие силы жидкости.

Устойчивость распределения частиц в жидкости определяется законом Стокса, характеризующим скорость оседания частиц под влиянием гравитационных сил. Этот закон выражается следующим уравнением:

     (13)

где  voc — скорость осаждения;

d — диаметр частиц;

g — ускорение под действием силы тяжести;

S — плотность частиц порошка;

Iплотность жидкости;

 — вязкость шликера.

Это уравнение Стокса достаточно точно для частиц сферической формы, отступление от этой формы приводит к определенным отступлениям и от этого уравнения. Изменение формы частиц (отступление от сферической) приводит в конечном итоге к повышению вязкости шликера за счет более активного проникновения жидкой фазы в твердые частицы и увеличения соотношения т : ж. Несферические частицы порошка склонны к флокулированию в большей степени, чем сферические. Флокулирование нежелательно, так как в ряде случаев оно приводит к повышению вязкости шликеров.

Наконец, необходимо остановиться на типе жидкой фазы, что также играет большую роль. В качестве жидкой фазы при изготовлении шликера используют воду, спирты, различные органические растворители и другие компоненты. Жидкая фаза (дисперсная среда шликера) должна отвечать определенным требованиям, важнейшими из которых являются отсутствие химического взаимодействия с твердой фазой, нерастворимость твердой фазы в жидкой, относительно низкое давление паров над поверхностью жидкости, отсутствие воспламеняемости, малая вязкость, отсутствие взаимодействия с материалами форм и др. Основной средой является вода, которая в максимальной степени отвечает всем требованиям и наиболее широко используется для шликерного литья.

В процессе приготовления шликера, а также при его хранении в отливке наблюдается ряд явлений, основны-

ми из которых являются адсорбция и дифлокуляция. Адсорбция проявляется в сгущении растворенного вещества и растворителя на поверхности твердых частиц, а так как поверхность твердых частиц шликеров велика, то это явление имеет большое значение.

В шликерах различают два основных вида адсорб-ции — адсорбция неэлектролитов (молекулярная адсорбция) и адсорбция электролитов, когда на поверхности адсорбируются ионы электролита, содержащегося в растворе. Адсорбция электролитов отличается от адсорбции молекулярной тем, что адсорбируются не молекулы, а ионы; в практике шликерного литья адсорбция электролитов встречается чаще, чем адсорбция неэлектролитов. На способность адсорбироваться влияет природа ионов. Чем выше валентность иона, тем сильнее он способен притягиваться и тем лучше протекает адсорбция.

Рассмотрим теперь сущность дифлокуляции. Состояние шликера, при котором твердая фаза представляет собой тонкораздробленную систему с большей поверхностью раздела, является термодинамически неустойчивым. Такая система стремится к равновесному состоянию, однако этот процесс протекает далеко не во всех шликерах и не всегда частицы находятся в дефлокулированном состоянии. Дифлокуляция может быть усилена путем добавления к шликерам различных стабилизаторов в виде поверхностно активных веществ, нейтральных и кислых солей или же различных щелочей.

Существенной характеристикой шликеров является величина рН суспензии шликера. Если изготавливаются, как это чаще всего и бывает на практике, водные шликеры, то значения рН их суспензии могут быть либо больше, либо меньше, либо весьма близки к значениям рН воды. Величина рН шликеров оказывает существенное влияние на их дефлокуляцию. Как правило, чем больше отличается рН шликеров от рН воды, тем стестепень дефлокуляции водных шликеров выше.

В процессе отливки шликера в форму существенную роль играет ряд технологических факторов — пористость формы, величина частиц твердой фазы шликера, соотношение т: ж в шликере, степень дефлокуляции и ряд других факторов.

Шликерные отливки получаются тем более плотными и равномерными, чем выше способность формы к влагопоглощению (что в свою очередь обусловливается степенью пористости формы), меньше соотношение т:ж и выше степень дефлокуляции. Что касается размера частиц, то гранулометрический состав твердой фазы шликера должен обеспечить наиболее плотную упаковку.

Для отливки изделий шликерным методом применяют различные формы, в том числе гипсовые, бумажные, песчаные и глиняные [13—15]. Любые формы после заливки шликера подвергают сушке, сначала «а воздухе при комнатной температуре, а затем при повышенной. Шликерное литье перспективно для формования различных сложных по геометрии изделий из тугоплавких металлов.

6. ФОРМОВАНИЕ МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ (ДГП)

Этот метод за последнее время приобретает все большее значение и, по-видимому, в ближайшие годы станет одним из важнейших для изготовления различных деталей машин и приборов из металлических порошков.

Сущность процесса ДГП заключается в том, что предварительно спрессованный из порошка брикет подвергают нагреву до температуры, близкой, к температуре спекания, закладывают в соответствующую пресс-форму (штамп) и подвергают ударному воздействию . По своей физической сущности процесс ДГП имеет много общего с процессом горячего прессования порошков, но отличается от последнего характером используемой нагрузки, ее величиной и продолжительностью действия. Так как процесс ДГП осуществляется обычно в течение короткого времени, то формы (штампы), в которых этот процесс осуществляется, не успевают прогреться и поэтому их стойкость относительно высока.

Процесс ДГП осуществляется при относительно высоких внешних напряжениях , что позволяет почти полностью ликвидировать влияние сил поверхностного натяжения , под действием которых протекает усадка в первый период обычного процесса спекания. Усадка в процессе ДГП протекает при условии

,       (14)

где R — прочность материала.

Так как и , то точка равновесия смещается влево и уплотнение может протекать при значительно меньшей температуре или времени по сравнению с условиями обычного процесса спекания. Одной из важных особенностей ДГП является то, что при этом способе не успевает образоваться корка и это способствует повышению производительности процесса.

В процессе ДГП возникают связи между частицами порошка под влиянием давления и температуры. Процесс образования связей слагается из двух основных стадий — физического контакта вещества, т. е. сближения атомов, и его взаимодействия.

Такое взаимодействие вещества происходит за счет активации сращиваемых поверхностей, которая в свою очередь обусловливается выходом дислокаций и вакансий на поверхность фаз в процессе их пластического деформирования.

Длительность этого процесса  может быть определена по следующему уравнению:

,     (15)

где   — число связей на единице поверхности;

N — требуемое число разрывов связи, обычно N= (0,7—0,9);

— энергия единичной связи (энергия активации движения дислокаций или энергии образования и движения вакансий);

Z — частота собственных колебаний атомов и частота перемещений дислокаций;

р — давление;

с — величина, характеризующая состав и свойства материала.

Процесс формования материала методом ДГП слагается из процессов возникновения физического контакта частиц при уплотнении и образования связей между их поверхностными атомами, причем оба они протекают почти одновременно. Существенное влияние на процесс схватывания частиц оказывает состояние их поверхности и, в частности, наличие пленки окислов. Хорошее схватывание и, следовательно, образование прочного контакта может быть обеспечено только при разрушении оксидной пленки. В процессе ДГП происходит наклеп частиц порошка и рекристаллизация не успевает пройти вследствие высокой скорости охлаждения. Поэтому изделие, полученное методом ДГП, должно, как правило, пройти соответствующий отжиг.

Процесс ДГП довольно существенно отличается от процесса холодного прессования металлического порошка с последующим спеканием сформованного изделия. В этом процессе зачастую имеет место явление упругого последействия, т. е. увеличение объема прессовки после снятия нагрузки.

При ДГП происходит усадка материала после окончания процесса, а также ряд других явлений, связанных с такой усадкой. В отличие от упругого последействия Ю. Г. Дорофеев предложил назвать этот комплекс явлений «термическим последействием». Эта особенность процесса ДГП должна быть учтена при изготовлении ряда изделий, в особенности втулок. Термическое последействие может привести к тому, что втулка «сядет» очень плотно на внутреннем стержне штампа и это может в конечном итоге вызвать ее разрушение. Поэтому время между окончанием формования и моментом извлечения внутреннего пуансона (иглы) должно быть минимальным.

Во избежание разрушения сформированных методом ДГП изделий штампы должны быть специальной конструкции, и осуществление ДГП в обычных прессформах для холодного прессования порошков неприемлемо.

Применение метода ДГП позволяет получать материалы и изделия с более высокими прочностными свойствами, чем это имеет место при их изготовлении методом холодного прессования и последующего спекания.

7. ФОРМОВАНИЕ ВЗРЫВОМ

Этот метод получил некоторое развитие лишь в самое последнее время. Необходимо, однако, отметить, что в промышленности он находится в стадии экспериментальной отработки.

Сущность метода заключается в том, что формование порошка осуществляется динамическим воздействием газов, образующихся в результате взрыва бризантных ВВ. Формование с помощью взрыва можно осуществлять либо по схеме бегущей волны (рис. 3), либо по схеме «паука» (рис.4).

Рис. 3. Схема процесса формования по варианту «бегущей волны»:

1 — заряд; 2 — ограничительное кольцо; 3 — электроденатор; 4 —

подставка; 5 — внутренний стержень; 6 — пуансон; 7 — формуемый

порошок; 8 — матричное кольцо; 9 — засьпка

Рис. 4. Схема процесса формования по

варианту «паук»:

1 — запал; 2 — корзина; 3 — заряд; 4 — неподвижный пуансон; 5 — внутренний стержень;

 6 — формуемый порошок; 7 — прокладка; 8 — матричное кольцо; 9 — засыпка; 10 — нижняя подставка

Преимущество формования взрывом заключается в том, что этот метод обеспечивает возможность получения весьма плотных заготовок, притом достаточно больших размеров; кроме того, этот метод позволяет формовать «жесткие» порошки, плохо поддающиеся этому процессу в статических условиях. Поверхность порошков обладает определенной гидродинамической неустойчивостью при прохождении бегущих по поверхности прессуемого порошка детонационных или ударных волн. Поэтому на границе раздела заряд ВВ — прессуемый порошок необходимо иметь разделительный слой в виде фольги, металлического листа, передающей среды или жесткого стального пуансона Разделительный слой предохраняет также прессуемый порошок от засорения продуктами взрыва.

По характеру разделительного слоя применяются следующие основные варианты формования:

1) прессование с использованием передающей среды с невысокой акустической жесткостью (воздух, резина, вода, парафин, песок и др.);

2) прессование без передающей среды;

3) прессование с использованием жесткого пуансона.

Материал основания, на котором производится прессование порошка, может быть жестким (жесткость выше жесткости прессуемого порошка) или мягким (жесткость меньше или равна жесткости порошка).

При взрывном прессовании нарастание и последующее падение давления и скорости частиц прессуемого порошка в волне сжатия, возникающей в прессуемом материале, происходит без резкого скачка. Малые давления в этом процессе распространяются с более высокой скоростью, чем большие давления. При взрывном прессовании порошков действуют не ударные волны с разрывным фронтом, а взрывные волны (волны сжатия).

Одним из основных отличий взрывного прессования от статического в прессформах является то, что переукладка частиц и их разрушение, а также сжатие материала частиц порошка протекают почти одновременно.

Вторым существенным отличием является адиабатическое сжатие воздуха, находящегося между частицами порошка, что приводит к довольно значительному нагреву порошкового материала, и, как следствие этого, происходит улучшение схватывания частиц.

Процесс уплотнения порошка в брикет при взрывном прессовании может быть охарактеризован следующим уравнением:

’        (16)

где   — конечная плотность брикета;

 — начальная плотность прессуемого порошка;

— скорость перемещения волнового фронта;

— скорость перемещения частиц порошка за фронтом волны.

Величины давления и работы прессования металлических порошков могут быть определены следующими уравнениями:

,         (17)

     (18)

где давление прессования;

 — величина критического давления истечения максимально упрочненного материала порошка;

— абсолютная величина деформации прессовки, соответствующая ее высоте;

— абсолютная величина деформации прессовки, соответствующая высоте прессовки h стопроцентной плотности;

SH — номинальная площадь сечения  прессовки;

т — показатель упрочнения.

Метод формования взрывом обеспечивает получение брикетов с более высокими прочностными показателями, чем при обычном статическом прессовании, при одной и той же плотности брикетов, что объясняется увеличением суммарной площади металлических контактов при взрывном деформировании. Кроме того, при взрывном прессовании активно разрушаются окисные поверхностные пленки, что также способствует улучшению контактов и, как следствие этого, повышению прочности. Вместе с тем в процессе взрывного прессования происходит значительно больший наклеп частиц и поэтому величины остаточных напряжений II рода больше, чем при статическом прессовании.

Взрывное прессование приводит к тому, что в брикете появляется значительно большее число несовершенств, чем при статическом деформировании, а это в свою очередь способствует более активному процессу спекания и, как следствие, повышению механических свойств спеченных материалов.

8. ФОРМОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Этот метод еще мало исследован и не получил практического применения, но вместе с тем он весьма перспективен. Сущность метода уплотнения порошков импульсным магнитным полем (ИМП) заключается в преобразовании электрической энергии батареи конденсаторов в механическую работу формования заготовки.

Возникновение механических сил, действующих на заготовку, объясняется законами электродинамики и Сводится к взаимодействию тока в рабочем инструменте (индукторе) с током в заготовке.

Металлические порошки в неуплотненном состоянии имеют низкую проводимость и поэтому непосредственное уплотнение их ИМП практически невозможно. В металлических порошках наведенный ток индукцируется небольшим магнитным потоком в каждой частичке. Но, однако, из-за высокого межчастичного электросопротивления ток замыкается в самой частичке, вызывая небольшое объемное ее сжатие без взаимного перемещения (уплотнения) частиц.

Уплотнение по этому методу осуществляется в специальных оболочках — контейнерах из материалов, хорошо проводящих электрический ток, например из латуни. Уплотнение порошка осуществляется электродинамическими силами, которые возникают под влиянием магнитного поля.

9. ФОРМОВАНИЕ МЕТОДОМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Сущность метода заключается в формовании помещенного в эластичной оболочке порошка жидкостью, на которую воздействует давление газов, образующихся при сгорании пороха. Максимальная величина давления, которую можно получить при этом методе, достигает 15 тыс. кгс/см2. Обладая основными преимуществами метода гидростатического формования (в частности, равномерное распределение плотности в брикете), метод гидродинамического формования характерен тем, что не требует сложной аппаратуры для создания высокого давления.


Заключение

Как было отмечено выше, порошковая металлургия вольфрама и его сплавов уже давно получила промышленное применение, например в производстве проволоки, контактов, листа и других изделий. Металловедение и технология этих материалов нашли довольно широкое отражение в научной и технической литературе.

Из многих технологических приемов и процессов порошковой металлургии некоторые носят специфический характер, в особенности в применении к вышеуказанным материалам. К таким специфическим методам относятся получение порошков распылением расплавов, получение порошков распылением быстровращающихея электродов в гелиевой плазме, шликерное литье, формование горячим прессованием, динамическое горячее прессование, прессование взрывом и ряд др.

Все эти методы пока еще очень новы и не получили в порошковой металлургии широкого применения, но они весьма перспективны и играют решающую роль в технологии получения изделий из перечисленных выше материалов.


Литература

  1.  Раковский В.С. и др. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов. М., «Металлургия», 1974 г.
  2.  Добровольский А.Г. Шликерное литье. М., «Металлургия», 1967.
  3.   Ребш Р. – В кн.: Новые материалы, получаемые методом порошковой металлургии. М., «Металлургия», 1966.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41097. СИСТЕМА БЕЗНАЛИЧНЫХ РАСЧЕТОВ 627.73 KB
  Сущность принципы организации и значение безналичных расчетов. Аккредитивная форма расчетов ее сущность и сфера применения. Денежные средства на расчетных и других аналогичных счетах в банках отражаются посредством записи остатков оборотов по лицевым счетам вследствие безналичных расчетов.
41098. Коммерческие банки. Сущность и организационная основа деятельности коммерческих банков 103.42 KB
  Принципы деятельности коммерческого банка. Функции коммерческого банка Банки одно из центральных звеньев системы рыночных структур. Основное назначение банка –посредничество в перемещении денежных средств от кредиторов к заемщикам и от продавцов к покупателям. Наряду с банками перемещение денежных средств на рынках осуществляют и другие финансовые и кредитнофинансовые учреждения: инвестиционные фонды страховые компании брокерские дилерские фирмы и т.
41099. Управление заемным капиталом 1.25 MB
  Обеспечение своевременных расчетов по полученным кредитам На второй стадии анализа определяются основные формы привлечения заемных средств анализируются в динамике удельный вес сформированных финансового кредита товарного кредита и текущих обязательств по расчетам в общей сумме заемных средств используемых предприятием. Эти формы дифференцируются в разрезе финансового кредита; товарного коммерческого кредита; прочих форм. К числу важнейших из этих условий относятся; а срок предоставления кредита; б ставка процента за кредит;...
41101. ОСНОВЫ МЕЖДУНАРОДНЫХ ВАЛЮТНЫХ, РАСЧЕТНЫХ И КРЕДИТНЫХ ОТНОШЕНИЙ 370.33 KB
  С середины 70х годов используется паритет на базе валютной корзины; режим валютного курса фиксированный плавающий в определенных пределах; наличие или отсутствие валютных ограничений; регулирование международной валютной ликвидности страны; официальные золотые и валютные резервы стран; счета СДР ЭКЮ резервная позиция в МВФ; регламентация использования международных кредитных средств обращения и форм международных расчетов; режимы валютного рынка и рынка золота;статус национальных органов регулирующих валютные...
41102. Центральные и коммерческие банки, их функции и формы организации 292.94 KB
  Введение Термин банк происходит от итальянского слова банко что означает лавка скамья или конторка за которой менялы оказывали свои услуги. Во многих источниках дошедших до нас можно встретить данные о вавилонских банкирах принимавших процентные вклады и выдававших ссуды под письменные обязательства и под залог различных ценностей. Вавилонский банк принимал вклады платил по ним проценты выдавал ссуды и даже выпускал банковские билеты.
41103. Компьютерные мониторы на основе электронно-лучевой трубки 839 KB
  Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов луч может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана из трубки откачивается воздух а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение ускоряющее электроны.Это сделано для того чтобы электронный луч в центре экрана и...
41104. Цифровая бумага 1.87 MB
  Многоцветная полихромная электронная бумага Электронная бумага EDP В отличие от традиционных жидкокристаллических плоских дисплеев в которых используется просвет матрицы для формирования изображения электронная бумага формирует изображение в отраженном свете как обычная бумага и может показывать текст и графику неопределенно долго не потребляя при этом электричество и позволяя изменять изображение в дальнейшем.
41105. ПРОЦЕССЫ САМОТЕСТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ 657.5 KB
  Блок регистров общего назначения определяет вычислительные ресурсы микропроцессора и содержит регистры для временного хранения данных и команд. Данные и команды передаются по шине данных а шина управления состоит из линий для передачи управляющих сигналов состояния памяти и периферийных устройств. С точки зрения структуры микропроцессора для пользователя присутствуют следующие параметры: архитектура адресное пространство памяти достижимое процессором разрядность шины данных быстродействие. Передача данных в режиме прямого доступа к...