Прерывистые методы формования

Наиболее распространенным способом формования порошковых материалов является холодное формование в закрытых формах, называемых пресс-формами. При этом площадь формуемого материала остается постоянной в течение всего времени формования, а давление возрастает до определенной заданной величины.

Процесс уплотнения порошка имеет три характерных участка. Наиболее быстро плотность упаковки частиц нарастает на первой стадии, когда частицы перемещаются относительно свободно, занимая близлежащие, пустоты; одновременно происходит разрушение арок. К концу этой стадии частицы оказываются уложенными максимально плотно. Здесь сопротивление частиц сжатию велико, и несмотря на возрастание давления порошок некоторое время не уменьшает своего объема, так как частицы не перемешиваются относительно друг друга и испытывают лишь упругую деформацию. Когда давление прессования превысит сопротивление сжатию порошкового тела, начинается пластическая деформация частиц (третья стадия процесса уплотнения). Чем пластичнее металл, тем при более низких давлениях прессования начинается уплотнение порошка за счет деформации его частиц. Для хрупких материалов, у которых пластическая деформация отсутствует, наступление третьей стадии невозможно, и при соответствующем возрастании давления частицы разрушаются.

При формовании порошков возникает трение между порошками и внутренними стенками пресс-форм. С наличием таких сил трения связано неравномерное распределение плотности в объеме прессовки.

Важное явление, которое необходимо учитывать при разработке технологии прессования – упругое последействие, которое представляет собой частичное увеличение размеров прессовок через некоторое время после снятия нагрузки прессования. Упругое последействие частично снимает напряжения на контактных участках, что приводит к уменьшению их числа и контактной площади. Разрыв контактов между частицами на большой площади может вызвать нарушение целостности прессовок, называемое расслоем, в том числе появление трещин, а иногда и разрушение брикета. При переходе от свойств порошкообразной массы к свойствам напряженного твердого тела величина упругого последействия изменяется (табл.1). [2]

Табл.1.

Зависимость упругого последействия от давления прессования.

Материал	Давление прессования, МПА	Увеличение размера брикета, %
по высоте	по диаметру
Медь		0,599	0,168
	0,368	0,172
	0,66	0,258
Железо		0,465	0,156
	0,456	0,203
	0,835	0,28

Значительно снизить негативное влияние на качество процесса формования эффекта упругого последействия позволяет использование специальных смазочных материалов (табл.2). [2]

Табл.2.

Влияние смазок на упругое последействие при прессовании брикетов из порошков меди и олова

Материал	Давление прессования, МПА	Увеличение объема после выпрессовывания, %
без смазки	со смазкой вазелиновым маслом	со смазкой раствором олеиновой кислоты и бензола
Медь		1,15	1,1	0,25
	1,20	1,1	0,35
Олово		0,91	0,88	0,12
	0,96	0,89	0,08

В результате холодного формования в закрытых пресс-формах получается заготовка, по форме и размерам соответствующая готовому изделию с припусками, необходимыми для прохождения последующих операция. Процесс такого формования состоит из сборки пресс-формы, дозировки и засыпки шихты в пресс-форму, самого формования и удаления изделий из пресс-формы.

Дозировку шихты производят весовым или объемным способом. При массовом производстве и использовании автоматических прессов обычно применяется объемная дозировка.

Горячее формование осуществляется в закрытых пресс-формах при повышенных и высоких температурах и возрастающем до заданной величины давлении. С повышением температуры уменьшается величина давления, необходимого для уплотнения порошка.

Метод горячего формования позволяет получать изделия из порошков, не поддающихся формованию или спеканию обычными способами. При горячем формовании увеличение контакта между частицами достигается: 1) за счет их деформации внешними силами, 2) собственной температурной подвижностью атомов. При горячем формовании можно получить материал плотностью, приближающейся к теоретической, и со свойствами компактных металлов.

Механические свойства материала повышаются с ростом прилагаемого давления до достижения 100%-ной плотности. При дальнейшем повышении давления свойства практически не изменяются. Чем выше температура, тем ниже давление, при котором достигается постоянство свойств изделий. Давление, необходимое для получения изделий определенной плотности, при высоких температурах составляет 0,1–0,2 давления холодного формования.

Горячее формование осуществляется преимущественно на гидравлических прессах. Оно производится в пресс-формах, изготовляемых из жаропрочных сплавов (для низких температур прессования – до 1000°С), либо из графита для высокотемпературного прессования.

Нагрев пресс-форм и материала осуществляется одним из следующих способов: применением внешних нагревателей; непосредственным пропусканием тока через пресс-форму или порошок, индукционным высокочастотным нагревом.

Горячее формование применяется только в ряде специальных случаев: при производстве твердых и жаропрочных материалов, алмазно-металлических сплавов и крупных изделий весом до 500 кг (например, твердосплавных прокатных валков). Кроме того, оно применяется при производстве тонких пластин, дисков и других деталей, которые коробятся при спекании и поэтому изготовление их холодным формованием затруднительно.

Выдержка при горячем формовании (длительность спекания при максимальном давлении) во много раз ниже, чем при обычном спекании заготовок. Так, спекание твердых сплавов производится при выдержках 0,75 – 1,5 часа, а при горячем формовании на это затрачивается всего 1 –10 минут.

Горячее формование менее производительно по сравнению с холодным, связано со значительным износом пресс-форм и трудностью подбора для них материала, способного выдерживать высокие температуры. Однако, несмотря на ряд трудностей, связанных с предотвращением окисления порошка, выбором материала пресс-формы, а также некоторым ограничением областей применения горячего формования, принципиальная ценность и перспективность метода очевидны, особенно для получения изделий большой плотности и с высокими механическими свойствами.

Дата добавления: 2014-11-29