ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные легирующие элементы, используемые для производства спеченных изделий из "Производство конструкционных изделий из порошков на основе железа " Спекание исходных прессовок или свободно насыпанного порошка является очень сложным процессом. Само спекание лучше рассматривать с такой точки зрения, что любая неспеченная прессовка или масса свободно насыпанного порошка является по меньшей мере двухфазным материалом, состоящим из пористого и твердого вещества. Каждая из этих компонент обладает своей собственной морфологией, характеризующейся размерами, формой, распределением и количеством. [c.68] Кроме обычного вида спекания (заключающегося в нагреве исходной порошковой массы или прессовки в защитной атмосфере до довольно высокой температуры, однако ниже точки плавления) имеются еще два главных вида спекания. При горячем прессовании порошковая масса или прессовка подвергается воздействию как повышенной температуры, так и внешнего давления в данном случае температура также остается ниже точки плавления материала. Этот метод широко используют для керамических материалов и тугоплавких металлов, но редко - для изделий из железного порошка. Спекание обычно рассматривают как процесс в твердом состоянии это означает, что в данном случае отсутствует расплавленная или жидкая фаза. Жидкофазное спекание относится к тем случаям, когда температура спекания достаточно высока, чтобы одна или более компонент материала присутствовали в виде жидкости в течение всего процесса спекания или его части. К этой категории относится случай пропитки жидкостью в сочетании со спеканием массу металла с более низкой точкой плавления расплавляют и она затекает в поры неспеченной прессовки. Оба типа жидкофазного спекания обеспечивают достижение высоких плотностей в спеченном состоянии. Однако метод пропитки обеспечивает уплотнение без необходимости в какой-либо усадке исходной неспеченной прессовки пористость заполняется пропитывающей жидкостью. В большинстве других случаев уплотнение означает усадку, обусловленную устранением пористости. [c.68] Теоретические аспекты процесса спекания рассмотрены в ряде монографий [39-42] и поэтому мы только напомним ряд основных положений теории спекания. [c.68] Избыток поверхностной энергии приводит в действие термодинамическую силу, обеспечивающую перенос вещества в процессе спекания, что уменьшает общую межфазную энергию. [c.68] Установив, что г 0 для выпуклой поверхности и г 0 для вогнутой поверхности, можно отметить следующее а) если заполняется вогнутая поверхность, то свободная энергия системы уменьшается б) если поток массы направлен на выпуклую поверхность, то свободная энергия системы увеличивается. [c.69] Уравнение выражает разницу в концентрации вакансий на искривленной поверхности Си на плоской поверхности С0. [c.70] Одной из основных особенностей спекания является то, что оно обычно происходит при постоянных температурах (0,6-0,9 Гпл) и процесс можно рассматривать во времени. Обычно выделяют шесть стадий 1) возникновение начальной связи между частицами 2) рост шеек 3) закрытие паровых каналов 4) скругление пор 5) уплотнение и усадка пор 6) укрепление пор. [c.70] При анализе механизмов переноса вещества в ходе спекания следует принимать во внимание возможные источники, способы переноса и стоки вещества. На рис. 24 схематически,изображены шесть существующих механизмов массопереноса при спекании двух кристаллических частиц. Можно обнаружить, что во всех случаях происходит рост шейки. Но уплотнение происходит лишь в результате действия механизмов 5 и 2 (см. рис. 24), поскольку в них участвует вещество, первоначально не располагавшееся на поверхности. [c.70] В конечном итоге структура легированных композиций определяется соответствующей диаграммой состояния. [c.71] Легирующие добавки к порошку железа выбирают в зависимости от свойств, которые необходимо получить в конечном изделии. В то же время они могут играть роль активаторов. В табл. 28 приведены данные о диффузионных свойствах систем, содержащих железо, при 1200 °С. [c.71] Температура. Этот фактор оказывает наибольшее влияние на легирование. Данные процесс непосредственно зависит от соответствующих коэффициентов диффузии, которые определяются уравнением Афф = Я0ехр(- Q/RT) (D0 - стандартный коэффициент диффузии, Q - энергия активации, R - газовая постоянная, Т - температура) и возрастают с ростом температуры. [c.71] Естественно, что с течением времени переносится все больше вещества и степень легирования возрастает. Однако скорость этого изменения не столь велика, как при повышении температуры. [c.71] Размеры частиц. Степень легирования возрастает при уменьшении размеров частиц. При прочих равных условиях, особенно при одинаковых количествах каждой компоненты, уменьшение размеров частиц обоих или одного из порошков означает рост величины поверхности раздела между этими двумя фазами, благодаря чему обеспечивается больше путей массопереноса кроме того, при этом уменьшается расстояние диффузии , на которое должны перемещаться атомы, чтобы происходило требуемое изменение. [c.71] Пористость. В большинстве случаев уменьшение величины пористости спекаемой массы, сопутствующее повышению плотности неспеченной заготовки или росту давления прессования, увеличивает степень легирования. Это объясняется более тесным физическим контактом и большим числом путей диффузии. [c.72] Вид порошка. Под видом порошка понимают его характер по отношению к возможному процессу легирования. Например, можно воспользоваться элементарными порошками, из предварительно полученных сплавов, или композитными (что обычно означает порошки с покрытием), причем либо порознь , либо в сочетании друг с другом. Естественно, что- если все порошки из предварительно полученного сплава заданного состава, то тем самым исключается необходимость в легировании при их совместном спекании. [c.72] Построение графика зависимости логарифма плотности от логарифма времени должно давать прямую линию с наклоном, определяющим п и К. Проведя экспериментальные исследования, можно определить время спекания для получения заданной плотности. [c.72] Если Pv 2f IT, то пора стремится расшириться (рис. 25). Экспериментально установлено, что поры с радиусом менее 10 мкм не должны обладать движущей силой для расширения. [c.73] Более крупные поры обладают движущей силой для расширения. Если напряжение Ps становится достаточно большим, то металлические контакты между отдельными порошинками могут разорваться и тогда образуются микротрещины в спекаемом материале. Во избежание этого проводят технологическую выдержку температуры спекания для осуществления диффузии захваченных газов к поверхности изделия (по границам порошинок или через твердый материал). [c.73] Технология спекания изделий из железного и стального порошка предусматривает три основных этапа первый этап - предварительный нагрев с целью удаления смазки и рафинирования материала второй этап - непосредственное спекание, при котором реализуются процессы диффузии и изделие приобретает необходимые физико-механические свойства третий этап - охлаждение деталей при температуре ниже температуры окисления на воздухе с тем, чтобы получить чистую, неокисленную поверхность. [c.73] В результате такого окисления требуется больше времени для восстановления при последующем спекании нарушается контроль над объемным распределением углерода, особенно в случае, когда в качестве карбюризатора используют графитовый порошок получается грубая поверхность, которая исключает высокое качество, возможное при высококачественной механической обработке заготовки изменяется состав окружающей атмосферы, что снижает ее эффективность по созданию хороших условий спекания. [c.74] Вернуться к основной статье